خطوط اتصال الألياف الضوئية: إمكانيات غير محدودة. ما هي اتصالات الألياف البصرية

في العالم الحديثاحتياجات الاتصال تتزايد باستمرار. يحتاج المستهلكون إلى سرعات نقل أعلى من أي وقت مضى ، وجودة الاتصال ومحتوى البث (على سبيل المثال ، جودة التلفزيون الرقمي). الموفرون - الشركات التي تقدم خدمات الإنترنت السلكية ، انترنت لاسلكي(Wi-Fi) ، والمهاتفة عبر بروتوكول الإنترنت ، والتلفزيون الرقمي - من الضروري توسيع قدرات خطوط الاتصال الخاصة بهم. يمكنك التعرف على هذه المجالات والعديد من مجالات الاتصالات الأخرى على موقعنا الإلكتروني rcsz-tcc.ru.

تحد القنوات القائمة على الزوج التقليدي الملتوي من السرعة بطول طويل لخطوط الاتصال وحمل ثقيل (عدد كبير من المشتركين) عليها. تم العثور على المخرج في أحدث الخطوط - البصرية. بطريقة أخرى ، يطلق عليهم أيضًا خطوط اتصالات الألياف البصرية (FOCL). ما هي ميزة مثل هذه الخطوط وكيف يتم تحقيقها؟

بالنسبة للمبتدئين ، القليل من التاريخ. تم إجراء أول تجربة على إرسال إشارة ضوئية وقدمها دانيال كولادون وجاك بابيت في عام 1840. لكن التطبيق العملي الأول للتكنولوجيا حدث فقط في القرن العشرين. في عام 1952 ، تمكن الفيزيائي ناريندر سينغ كاباني من إجراء العديد من الدراسات التي أدت إلى إنشاء الألياف البصرية. أنشأ Narinder حزمة من الألياف الزجاجية ، وهي عبارة عن دليل موجي بصري (الدليل الموجي - نظام توجيه للإشارات). يحتوي منتصف الألياف على معامل انكسار أقل من الكسوة. في هذه الحالة ، ستمر الإشارة تمامًا عبر النواة ، وستنعكس من الكسوة مرة أخرى إلى القلب. وهكذا ، تعمل القشرة كمرآة. قبل اختراع هذه الألياف ، لم تصل الإشارة إلى نهاية الخط. الآن يمكن اعتبار المشكلة محلولة. اكتشاف كورنينغ في عام 1970 لطريقة لتصنيع الألياف الضوئية كانت جيدة في التوهين مثل سلك نحاسللإشارة الهاتفية ، تعتبر نقطة تحول في تاريخ FOCL.

الاتصال البصري له مزايا عديدة على الكهرباء. أولاً ، يسمح النطاق الترددي العريض الناتج عن ترددات الإرسال العالية جدًا بإرسال المعلومات بسرعة عدة Tbit / s. ثانيًا ، يتيح ضعف الإشارة إمكانية بناء طرق سريعة تصل إلى 100 كيلومتر أو أكثر بدون محطات الترحيل. على سبيل المثال ، يتم إنشاء الطريق البصري السريع عبر المحيط الأطلسي بدون مكرر واحد. ثالثًا ، FOCL مقاوم لأي تداخل خارجي قد يحدث من أجهزة الإرسال اللاسلكية المجاورة ، وخطوط النقل الأخرى ، حتى من الظروف الجوية ، على عكس أنظمة الكابلات الأخرى. من أهم الفوائد حماية المعلومات. من المستحيل الاتصال بـ FOCL واعتراض المعلومات - سيتلف الخط ، وهذا سهل الإصلاح. لان الألياف الضوئية عبارة عن عازل كهربائي ، ويتم استبعاد احتمال نشوب حريق من مثل هذا الخط تمامًا ، وهو أمر مهم في المؤسسات ذات مخاطر نشوب حريق عالية. وبالطبع ، فإن عمر خدمة FOCL هو 25 عامًا أو أكثر.

غالبًا ما يكون جهاز الإرسال (مولد إشارة المعلومات) في مثل هذه الخطوط هو الليزر حاليًا ، بما في ذلك تلك المصنوعة باستخدام تقنية متكاملة. المستقبلات هي الثنائيات الضوئية. تشكل هذه الأجهزة العيب الرئيسي لـ FOCL - تكلفة العناصر النشطة. العيب الرئيسي الثاني خطوط بصريةهي تكلفة الصيانة العالية. عندما تنكسر الألياف الضوئية ، تكون تكاليف الإصلاح أعلى بكثير مما هي عليه عندما ينكسر النحاس أو خطوط أخرى. في الوقت نفسه ، لا يُسمح بوجود فواصل على الخطوط الرئيسية (نقاط اللحام تؤدي إلى إضعاف كبير) ، لذلك يجب استبدال الأجزاء الكبيرة بألياف جديدة. يوصى بإصلاح FOCL فقط على مسافات قصيرة ، داخل منطقة أو بلدة صغيرة.

تتطور تقنيات الألياف الضوئية باستمرار - هذه هي تكنولوجيا المستقبل. ويمكنك دائمًا أن تقرأ عن أكثر الابتكارات تقدمًا على موقعنا الإلكتروني rcsz-tcc.ru.

اتصالات الألياف البصرية- اتصالات مبنية على أساس كابلات الألياف الضوئية. يستخدم الاختصار FOCL (خط اتصال الألياف الضوئية) على نطاق واسع. تستخدم في مختلف المجالات النشاط البشريتتراوح من أنظمة الحوسبة إلى هياكل للاتصال عبر مسافات طويلة. هو الأكثر شعبية و طريقة فعالةلتقديم خدمات الاتصالات.

تتكون الألياف الضوئية من موصل مركزي للضوء (لب) - ليف زجاجي محاط بطبقة أخرى من الزجاج - غلاف له معامل انكسار أقل من اللب. تنتشر أشعة الضوء عبر اللب ، ولا تتجاوز حدودها ، حيث تنعكس من طبقة الغلاف من الغلاف. في الألياف الضوئية ، يتشكل شعاع الضوء عادةً بواسطة أشباه الموصلات أو ليزر الصمام الثنائي. اعتمادًا على توزيع معامل الانكسار وحجم قطر النواة ، يتم تقسيم الألياف الضوئية إلى وضع أحادي ووضع متعدد.

اتصالات الألياف البصرية- اتصالات مبنية على أساس كابلات الألياف الضوئية. يستخدم الاختصار FOCL (خط اتصال الألياف الضوئية) على نطاق واسع. يتم استخدامه في مختلف مجالات النشاط البشري ، بدءًا من أنظمة الحوسبة إلى هياكل الاتصال عبر مسافات طويلة. إنها اليوم الطريقة الأكثر شيوعًا وفعالية لتقديم خدمات الاتصالات.

سوق منتجات الألياف البصرية في روسيا

قصة

على الرغم من أن الألياف الضوئية هي وسيلة شائعة الاستخدام وشائعة لتوفير الاتصالات ، إلا أن التكنولوجيا نفسها بسيطة وتم تطويرها منذ وقت طويل. تم عرض تجربة لتغيير اتجاه شعاع الضوء عن طريق الانكسار بواسطة دانيال كولادون وجاك بابيت في وقت مبكر من عام 1840. بعد بضع سنوات ، استخدم جون تيندال هذه التجربة في محاضراته العامة في لندن ، ونشر بالفعل في عام 1870 عملاً عن طبيعة الضوء. الاستخدام العمليتم العثور على التكنولوجيا فقط في القرن العشرين. في عشرينيات القرن الماضي ، أظهر المجربون كلارنس هاسنيل وجون بيرد إمكانية نقل الصور عبر الأنابيب الضوئية. استخدم هذا المبدأ من قبل هاينريش لام للفحص الطبي للمرضى. فقط في عام 1952 ، أجرى الفيزيائي الهندي ناريندر سينغ كاباني سلسلة من تجاربه الخاصة ، والتي أدت إلى اختراع الألياف الضوئية. في الواقع ، قام بإنشاء نفس حزمة الخيوط الزجاجية ، وصُنع الغلاف واللب من ألياف ذات مؤشرات انكسار مختلفة. كانت القشرة في الواقع بمثابة مرآة ، وكان اللب أكثر شفافية - كانت هذه هي الطريقة التي تم بها حل مشكلة التشتت السريع. إذا لم تصل الحزمة في وقت سابق إلى نهاية الخيط البصري ، وكان من المستحيل استخدام وسيط الإرسال هذا عبر مسافات طويلة ، فقد تم حل المشكلة الآن. قام Narinder Kapani بتحسين التكنولوجيا بحلول عام 1956. قامت مجموعة من قضبان الزجاج المرنة بنقل الصورة دون فقد أو تشويه تقريبًا.

يعتبر اختراع الألياف الضوئية في عام 1970 من قبل متخصصي Corning ، والذي جعل من الممكن تكرار نظام نقل بيانات إشارة الهاتف عبر سلك نحاسي على نفس المسافة بدون مكررات ، نقطة تحول في تاريخ تطور الألياف البصرية التقنيات. تمكن المطورون من إنشاء موصل قادر على الحفاظ على واحد بالمائة على الأقل من قوة الإشارة الضوئية على مسافة كيلومتر واحد. وفقًا لمعايير اليوم ، يعد هذا إنجازًا متواضعًا إلى حد ما ، ولكن بعد ذلك ، منذ ما يقرب من 40 عامًا ، كان شرطًا ضروريًا لتطوير نوع جديد من الاتصالات السلكية.

في البداية ، كانت الألياف الضوئية متعددة الأطوار ، أي يمكنها نقل مئات الأطوار الضوئية دفعة واحدة. علاوة على ذلك ، فإن القطر المتزايد لنواة الألياف جعل من الممكن استخدام أجهزة إرسال وموصلات بصرية رخيصة. بعد ذلك بكثير ، بدأوا في استخدام ألياف ذات إنتاجية أكبر ، والتي من خلالها كان من الممكن بث مرحلة واحدة فقط في وسط بصري. مع إدخال الألياف أحادية الطور ، يمكن الحفاظ على سلامة الإشارة على مسافة أطول ، مما يساهم في نقل كميات كبيرة من المعلومات.

الأكثر شيوعًا اليوم هو الألياف أحادية الطور مع إزاحة الطول الموجي الصفري. منذ عام 1983 ، احتلت مكانة رائدة بين منتجات صناعة الألياف البصرية ، بعد أن أثبتت أدائها على مدى عشرات الملايين من الكيلومترات.

مزايا نوع الاتصال بالألياف الضوئية

الإشارات الضوئية ذات النطاق العريض بسبب تردد الموجة الحاملة العالية للغاية. وهذا يعني أنه يمكن نقل المعلومات عبر خط ألياف بصرية بمعدل 1 Tbit / s ؛
توهين منخفض جدًا للإشارة الضوئية في الألياف ، مما يجعل من الممكن بناء خطوط اتصالات ألياف ضوئية يصل طولها إلى 100 كم أو أكثر دون تجديد الإشارة ؛
مناعة ضد التداخل الكهرومغناطيسي من أنظمة الكابلات النحاسية المحيطة ، معدات كهربائية(خطوط الكهرباء ، وأنظمة الدفع الكهربائية ، وما إلى ذلك) والأحوال الجوية ؛
الحماية ضد الوصول غير المصرح به. لا يمكن اعتراض المعلومات المنقولة عبر خطوط اتصالات الألياف الضوئية بطريقة غير مدمرة ؛
السلامة الكهربائية. كون الألياف الضوئية عازلة للكهرباء في الواقع تزيد من الانفجار والسلامة من الحرائق للشبكة ، وهو أمر مهم بشكل خاص في المصافي الكيميائية والنفط أثناء الصيانة العمليات التكنولوجيةارتفاع الخطر؛
متانة FOCL - تبلغ مدة خدمة خطوط اتصالات الألياف الضوئية 25 عامًا على الأقل.

عيوب نوع الاتصال بالألياف الضوئية

التكلفة العالية نسبيًا لعناصر الخط النشط التي تحول الإشارات الكهربائية إلى ضوء وضوء إلى إشارات كهربائية ؛
تكلفة عالية نسبيًا لتوصيل الألياف الضوئية. هذا يتطلب الدقة ، وبالتالي باهظ الثمن ، المعدات التكنولوجية. نتيجة لذلك ، عندما ينكسر كابل بصري ، تكون تكلفة استعادة FOCL أعلى مما هي عليه عند العمل مع الكابلات النحاسية.

عناصر خط الألياف البصرية

جهاز استقبال بصري

تكتشف المستقبلات الضوئية الإشارات المرسلة عبر كابل الألياف الضوئية وتحولها إلى إشارات كهربائية ، والتي تقوم بعد ذلك بتضخيم شكلها واستعادة شكلها ، بالإضافة إلى إشارات الساعة. اعتمادًا على معدل البث بالباود وخصائص نظام الجهاز ، يمكن تحويل دفق البيانات من تسلسلي إلى متوازي.

الارسال البصري

يقوم جهاز الإرسال البصري في نظام الألياف الضوئية بتحويل التسلسل الكهربائي للبيانات التي توفرها مكونات النظام إلى دفق بيانات بصري. يتكون جهاز الإرسال من محول متوازي إلى تسلسلي مزود بمركب ساعة (والذي يعتمد على تركيب النظامومعدل البت) ومحرك ومصدر إشارة بصرية. يمكن استخدام مصادر بصرية مختلفة لأنظمة النقل البصرية. على سبيل المثال ، غالبًا ما تستخدم الثنائيات الباعثة للضوء بتكلفة منخفضة الشبكات المحليةللتواصل قصير المدى. ومع ذلك ، فإن النطاق الترددي الطيفي الواسع واستحالة العمل في الأطوال الموجية للنوافذ البصرية الثانية والثالثة لا تسمح باستخدام LED في أنظمة الاتصالات.

المضخم

يقوم مكبر الصوت بتحويل التيار غير المتماثل من مستشعر الثنائي الضوئي إلى جهد غير متماثل ، يتم تضخيمه وتحويله إلى إشارة تفاضلية.

مزامنة رقاقة واستعادة البيانات

يجب أن تستعيد هذه الدائرة المصغرة إشارات الساعة من دفق البيانات المستقبلة وتوقيتها. يتم أيضًا دمج دارة الحلقة المقفلة الطور المطلوبة لاستعادة الساعة بشكل كامل في شريحة الساعة ولا تتطلب مرجع ساعة خارجي.

كتلة التحويل التسلسلي إلى المتوازي

بالتوازي مع المحول التسلسلي

المشكل الليزر

وتتمثل مهمتها الرئيسية في توفير تيار التحيز وتيار التعديل من أجل التعديل المباشر لصمام الليزر.

الكابلات البصرية، تتكون من ألياف بصرية تحت غلاف واقي مشترك.

وضع واحد من الألياف

بقطر ليفي صغير بما فيه الكفاية وطول موجي مناسب ، سوف تنتشر حزمة واحدة عبر الألياف. بشكل عام ، تشير حقيقة اختيار القطر الأساسي لأسلوب انتشار الإشارة أحادي الأسلوب إلى خصوصية كل متغير فردي لتصميم الألياف. بمعنى ، يجب فهم الوضع الفردي على أنه خصائص الألياف بالنسبة للتردد المحدد للموجة المستخدمة. إن انتشار حزمة واحدة فقط يجعل من الممكن التخلص من التشتت البيني ، وبالتالي فإن الألياف أحادية النمط هي أوامر من حيث الحجم أكثر إنتاجية. على ال هذه اللحظةيتم استخدام لب بقطر خارجي حوالي 8 ميكرومتر. كما في حالة الألياف متعددة الأنماط ، يتم استخدام توزيعات كثافة المواد المتدرجة والمتدرجة.

الخيار الثاني أكثر كفاءة. تعد التكنولوجيا أحادية الوضع أرق وأكثر تكلفة وتستخدم حاليًا في الاتصالات. تُستخدم الألياف الضوئية في خطوط اتصالات الألياف الضوئية ، والتي تتفوق على الاتصالات الإلكترونية من حيث أنها تسمح بالاتصال بدون فقدان البيانات سرعة عاليةبث البيانات الرقمية لمسافات طويلة. يمكن لخطوط الألياف الضوئية أن تشكل شبكة جديدة وتعمل على الجمع بين الشبكات الموجودة - أقسام من جذوع الألياف الضوئية ، متصلة ماديًا على مستوى دليل الضوء ، أو منطقيًا - على مستوى بروتوكولات نقل البيانات. يمكن قياس سرعة نقل البيانات عبر FOCL بمئات الجيجابت في الثانية. يجري بالفعل وضع اللمسات الأخيرة على معيار يسمح بنقل البيانات بسرعة 100 جيجابت / ثانية ، وقد تم استخدام معيار 10 جيجابت إيثرنت في هياكل الاتصالات الحديثة لعدة سنوات.

الألياف متعددة الأوضاع

في الألياف الضوئية متعددة الأنماط ، يمكن لعدد كبير من الأنماط أن ينتشر في وقت واحد - يتم إدخال الأشعة في الألياف بزوايا مختلفة. الألياف الضوئية متعددة الأنماط لها قطر أساسي كبير نسبيًا (قيم معيارية 50 و 62.5 ميكرومتر) ، وبالتالي ، فتحة عددية كبيرة. يعمل القطر الأساسي الأكبر للألياف متعددة الأوضاع على تبسيط عملية الإدخال إشعاع بصريفي الألياف ، ويمكن أن تقلل متطلبات التحمل الأكثر ليونة للألياف متعددة الأوضاع من تكلفة أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية. وبالتالي ، فإن الألياف متعددة الأوضاع تهيمن على الشبكات المحلية والمنزلية ذات المدى الصغير.

العيب الرئيسي للألياف متعددة الوسائط هو وجود تشتت intermode ، والذي يحدث بسبب حقيقة أن الأنماط المختلفة تصنع مسارات بصرية مختلفة في الألياف. لتقليل تأثير هذه الظاهرة ، تم تطوير ألياف متعددة الأنماط مع مؤشر انكسار متدرج ، ونتيجة لذلك تنتشر الأنماط في الألياف على طول مسارات القطع المكافئ ، والاختلاف في مساراتها الضوئية ، وبالتالي يكون التشتت البيني أصغر بكثير . ومع ذلك ، بغض النظر عن مدى توازن الألياف متعددة الأنماط المتدرجة ، فإن الإنتاجيةلا يمكن مقارنتها بتقنيات الوضع الفردي.

أجهزة الإرسال والاستقبال من الألياف البصرية

من أجل نقل البيانات عبر القنوات الضوئية ، يجب تحويل الإشارات من كهربائية إلى ضوئية ، وإرسالها عبر خط اتصال ، ثم تحويلها مرة أخرى إلى بصرية في جهاز الاستقبال. عرض كهربائي. تحدث هذه التحويلات في جهاز الإرسال والاستقبال ، والذي يحتوي على مكونات إلكترونية إلى جانب مكونات بصرية.

يستخدم مُضاعِف تقسيم الوقت على نطاق واسع في تقنية الإرسال ، مما يسمح لك بزيادة معدل الإرسال حتى 10 جيجابت / ثانية. توفر أنظمة الألياف الضوئية الحديثة عالية السرعة معايير سرعة النقل التالية.

معيار SONET	معيار SDH	سرعة انتقال
OC 1	-	51.84 ميجابت في الثانية
OC 3	STM 1	155.52 ميجابت في الثانية
OC 12	STM4	622.08 ميجابت في الثانية
OC48	STM 16	2.4883 جيجابت / ثانية
OC 192	STM64	9.9533 جيجابت / ثانية

تتيح الطرق الجديدة لتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي أو تعدد الإرسال بالتقسيم الطيفي زيادة كثافة إرسال البيانات. للقيام بذلك ، يتم إرسال تدفقات معلومات متعددة الإرسال عبر قناة ألياف بصرية واحدة باستخدام إرسال كل تيار بأطوال موجية مختلفة. تختلف المكونات الإلكترونية في جهاز استقبال وجهاز إرسال WDM عن تلك المستخدمة في نظام تقسيم الوقت.

تطبيق خطوط الاتصال بالألياف الضوئية

تُستخدم الألياف الضوئية بنشاط لبناء شبكات اتصالات المدينة والإقليمية والفيدرالية ، وكذلك لترتيب خطوط الاتصال بين بدالات الهاتف التلقائية في المدينة. ويرجع ذلك إلى سرعة وموثوقية وعرض النطاق الترددي العالي لشبكات الألياف. أيضًا ، من خلال استخدام قنوات الألياف البصرية ، هناك تلفزيون الكابل والمراقبة بالفيديو عن بعد ومؤتمرات الفيديو وبث الفيديو والقياس عن بعد وأنظمة المعلومات الأخرى. في المستقبل ، من المتوقع أن تستخدم شبكات الألياف الضوئية تحويل إشارات الكلام إلى إشارات ضوئية.

مقدمة

اليوم ، يلعب التواصل دورًا مهمًا في عالمنا. وإذا تم استخدام الكابلات والأسلاك النحاسية في وقت سابق لنقل المعلومات ، فقد حان الوقت الآن للتقنيات الضوئية وكابلات الألياف الضوئية. الآن ، عند إجراء مكالمة هاتفية إلى الجانب الآخر من العالم (على سبيل المثال ، من روسيا إلى أمريكا) أو تنزيل نغمتنا المفضلة من الإنترنت ، الموجودة على موقع في مكان ما في أستراليا ، لا نفكر حتى في كيفية إدارتنا لفعل هذا. وذلك بفضل استخدام كابلات الألياف الضوئية. من أجل ربط الناس ، لجعلهم أقرب إلى بعضهم البعض أو إلى مصدر المعلومات المطلوب ، يجب على المرء أن يربط بين القارات. حاليًا ، يتم تبادل المعلومات بين القارات بشكل أساسي من خلال كابلات الألياف الضوئية البحرية. حاليًا ، يتم وضع كابلات الألياف الضوئية على طول الجزء السفلي من المحيط الهادئ و المحيط الأطلسيوعمليًا ، فإن العالم بأسره "متشابك" في شبكة من أنظمة الاتصالات الليفية (Laser Mag.-1993- رقم 3 ؛ Laser Focus World.-1992.-28 ، رقم 12 ؛ Telecom. mag.-1993.- رقم 25 ؛ AEU: J. Asia Electron. Union.-1992.-No.5). ترتبط الدول الأوروبية عبر المحيط الأطلسي بأمريكا عن طريق خطوط الألياف. الولايات المتحدة الأمريكية ، عبر جزر هاواي وجزيرة غوام - مع اليابان ونيوزيلندا وأستراليا. يربط رابط الألياف البصرية بين اليابان وكوريا الشرق الأقصىروسيا. في الغرب ، ترتبط روسيا بـ الدول الأوروبيةبطرسبورغ - كينغيسيب - الدنمارك وسانت بطرسبرغ - فيبورغ - فنلندا في الجنوب - مع الدول الآسيوية نوفوروسيسك - تركيا. في نفس الوقت الرئيسي القوة الدافعةتطوير خطوط اتصالات الألياف الضوئية هو الإنترنت.

تعد شبكات الألياف الضوئية بالتأكيد واحدة من أكثر المجالات الواعدة في مجال الاتصالات. عرض النطاق الترددي للقنوات الضوئية هو أعلى من حيث الحجم من خطوط المعلومات القائمة على الكابلات النحاسية.

تعتبر الألياف الضوئية الوسيلة الأكثر مثالية لنقل كميات كبيرة من المعلومات عبر مسافات طويلة. إنه مصنوع من الكوارتز ، الذي يعتمد على ثاني أكسيد السيليكون ، وهو مادة مستخدمة على نطاق واسع وغير مكلفة ، على عكس النحاس. الألياف الضوئية مضغوطة للغاية وخفيفة الوزن ، ويبلغ قطرها حوالي 100 ميكرون فقط.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألياف الضوئية محصنة ضد مجال كهرومغناطيسيهذا تقلع بعض مشاكل نموذجيةأنظمة الاتصالات النحاسية. الشبكات الضوئية قادرة على نقل إشارة عبر مسافات طويلة مع خسارة أقل. على الرغم من حقيقة أن هذه التقنية لا تزال باهظة الثمن ، إلا أن أسعار المكونات الضوئية في انخفاض مستمر ، بينما تقترب إمكانيات الخطوط النحاسية من حدودها وتتطلب المزيد والمزيد من التكاليف لمزيد من التطوير في هذا الاتجاه.

يبدو لي أن موضوع خطوط الاتصال بالألياف الضوئية ملائم حاليًا وواعد ومثير للاهتمام للنظر فيه. هذا هو السبب في أنني أختارها لي ورقة مصطلحوأعتقد أن المستقبل ملك FOCL.

1. تاريخ الخلق

في عشرينيات القرن الماضي ، أظهر المجربون كلارنس هاسنيل وجون بيرد إمكانية نقل الصور عبر الأنابيب الضوئية.

يعتبر اختراع كورنينج للألياف الضوئية عام 1970 نقطة تحول في تاريخ الألياف الضوئية. تمكن المطورون من إنشاء موصل قادر على الحفاظ على واحد بالمائة على الأقل من قوة الإشارة الضوئية على مسافة كيلومتر واحد. وفقًا لمعايير اليوم ، يعد هذا إنجازًا متواضعًا إلى حد ما ، ولكن بعد ذلك ، منذ ما يقرب من 40 عامًا ، كان شرطًا ضروريًا لتطوير نوع جديد من الاتصالات السلكية.

هـ- التجارب الأولى واسعة النطاق المرتبطة بظهور معيار FDDI. شبكات الجيل الأول هذه لا تزال تعمل حتى اليوم.

E استخدام مكثف للألياف الضوئية المرتبطة بإنتاج مكونات أرخص. معدل نمو شبكات الألياف البصرية متفجر.

هاء - نمو معدلات نقل المعلومات ، ظهور تقنيات ضغط الموجة (WDM ، DWDM) / أنواع جديدة من الألياف.

2. خطوط الاتصال بالألياف الضوئية كمفهوم

1 الألياف الضوئية وأنواعها

إن خط الاتصال بالألياف الضوئية (FOCL) هو نوع من أنظمة الإرسال يتم فيه نقل المعلومات من خلال أدلة الموجات الضوئية العازلة ، والمعروفة باسم "الألياف الضوئية". إذا ما هو؟

الألياف الضوئية عبارة عن أسطوانة زجاجية رفيعة للغاية ، تسمى النواة ، مغطاة بطبقة من الزجاج (الشكل 1) ، تسمى غمد ، بمعامل انكسار مختلف عن اللب. تتميز الألياف بأقطار هذه المناطق - على سبيل المثال ، 50/125 تعني ألياف قطرها الأساسي 50 ميكرومتر وقطر خارجي للكسوة 125 ميكرومتر.

الشكل 1 هيكل الألياف

ينتشر الضوء على طول لب الألياف بسبب الانعكاسات الداخلية الكلية المتتالية في الواجهة بين اللب والكسوة ؛ يشبه سلوكها في كثير من النواحي ذلك كما لو دخلت في أنبوب ، وجدرانه مغطاة بطبقة مرآة. ومع ذلك ، على عكس المرآة العادية ، فإن الانعكاس الذي يكون فيه الإجمالي غير فعال إلى حد ما انعكاس داخليبشكل أساسي قريب من المثالية - هذا هو الاختلاف الأساسي بينهما ، مما يسمح للضوء بالانتشار على طول الألياف لمسافات طويلة بأقل خسارة.

تسمى الألياف المصنوعة بهذه الطريقة ((الشكل 2) أ)) ألياف مؤشر متدرجة وألياف متعددة الأوضاع ، نظرًا لوجود العديد من الألياف الطرق الممكنة، أو تعديل.

ينتج عن هذه المجموعة من الأوضاع تشتت النبض (التوسيع) لأن كل وضع ينتقل في مسار مختلف عبر الألياف ، وبالتالي فإن الأنماط المختلفة لها تأخيرات إرسال مختلفة أثناء انتقالها من أحد طرفي الألياف إلى الطرف الآخر. نتيجة هذه الظاهرة هي تقييد الحد الأقصى للتردد الذي يمكن نقله بشكل فعال لطول معين من الألياف - تؤدي زيادة التردد أو طول الألياف إلى ما بعد الحدود بشكل أساسي إلى دمج النبضات المتتالية ، مما يجعلها مستحيلة تميز. بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع النموذجية ، يبلغ هذا الحد 15 ميجا هرتز تقريبًا ، مما يعني أنه يمكن إرسال إشارة الفيديو ذات النطاق الترددي ، على سبيل المثال ، 5 ميجا هرتز على مسافة أقصاها 3 كيلومترات (5 ميجا هرتز × 3 كيلومتر = 15 ميجا هرتز كم ). محاولة إرسال إشارة إلى b ó ستؤدي المسافة الإضافية إلى فقدان تدريجي للترددات العالية.

الشكل 2 أنواع الألياف الضوئية

بالنسبة للعديد من التطبيقات ، يعد هذا الرقم مرتفعًا بشكل غير مقبول ، وقد تم السعي للحصول على تصميم ألياف ذات عرض نطاق أعلى. تتمثل إحدى الطرق في تقليل قطر الألياف إلى قيم صغيرة جدًا (8-9 ميكرومتر) ، بحيث يصبح وضعًا واحدًا فقط ممكنًا. تعتبر الألياف أحادية الوضع ، كما يطلق عليها ((الشكل 2) ب)) فعالة جدًا في تقليل التشتت ، وعرض النطاق الترددي الناتج - العديد من GHz km - يجعلها مثالية لشبكات الهاتف العامة والتلغراف (PTT) وشبكات التلفزيون الكبلي. لسوء الحظ ، تتطلب الألياف ذات القطر الصغير استخدام باعث ضوئي ليزر قوي ومقرن بدقة ، وبالتالي باهظ الثمن نسبيًا ، مما يقلل من جاذبيتها للعديد من التطبيقات المرتبطة بطول قصير للخط المصمم.

من الناحية المثالية ، يلزم وجود ألياف من نفس ترتيب النطاق الترددي مثل الألياف أحادية الوضع ، ولكن بنفس قطر الألياف متعددة الأوضاع ، للسماح باستخدام أجهزة إرسال LED غير مكلفة. إلى حد ما ، يتم تلبية هذه المتطلبات بواسطة ألياف متعددة الأنماط مع تغيير التدرج في معامل الانكسار ((الشكل 2) ج)). إنه يشبه الليف متعدد الأنماط لمؤشر الخطوة الذي تمت مناقشته أعلاه ، لكن مؤشر الانكسار في جوهره غير منتظم - يتغير بسلاسة من قيمة قصوى في المركز إلى قيم أقل في المحيط. هذا يؤدي إلى نتيجتين. أولاً ، ينتقل الضوء على طول مسار منحني قليلاً ، وثانيًا ، والأهم من ذلك ، أن الاختلافات في تأخير الانتشار بين الأنماط ضئيلة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الأوضاع العالية المتضمنة في الألياف تحت b ó تبدأ الزاوية الأعلى والمسارات الأطول في الانتشار بشكل أسرع حيث تتحرك بعيدًا عن المركز إلى المنطقة التي ينخفض فيها مؤشر الانكسار ، وتتحرك عمومًا أسرع من أوضاع الترتيب الأدنى التي تظل قريبة من المحور في الألياف ، في المناطق ذات الانكسار العالي فهرس. الزيادة في السرعة تعوض فقط المسافة الأكبر التي يتم قطعها.

الألياف متعددة الأنماط ذات مؤشر التدرج ليست مثالية ، لكنها لا تزال تعرض نطاقًا تردديًا جيدًا جدًا. لذلك ، في معظم الخطوط ذات الطول القصير والمتوسط ، يفضل اختيار هذا النوع من الألياف. في الممارسة العملية ، هذا يعني أن عرض النطاق الترددي هو فقط في بعض الأحيان معلمة يجب أن تؤخذ في الاعتبار.

ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال بالنسبة للتخميد. يتم إضعاف الإشارة الضوئية في جميع الألياف بمعدل يعتمد على الطول الموجي لجهاز إرسال مصدر الضوء (الشكل 3). كما ذكرنا سابقًا ، هناك ثلاثة أطوال موجية يكون فيها توهين الألياف الضوئية عادةً في حده الأدنى ، 850 و 1310 و 1550 نانومتر. تُعرف هذه باسم نوافذ الشفافية. بالنسبة للأنظمة متعددة الأوضاع ، فإن نافذة 850 نانومتر هي الأولى والأكثر استخدامًا (أقل تكلفة). في هذا الطول الموجي ، التدرج الليف متعدد الأنماط جودة جيدةيُظهر توهينًا قدره 3 ديسيبل / كم ، مما يجعل من الممكن تنفيذ الاتصال في نظام تلفزيون مغلق على مسافات تزيد عن 3 كم.

الشكل 3 اعتماد التوهين على طول الموجة

عند طول موجة يبلغ 1310 نانومتر ، تُظهر الألياف نفسها توهينًا أقل بمقدار 0.7 ديسيبل / كم ، مما يسمح بزيادة تناسبية في نطاق الاتصال إلى حوالي 12 كم. 1310 نانومتر هي أيضًا أول نافذة تشغيل لأنظمة الألياف الضوئية أحادية الوضع ، مع توهين يبلغ حوالي 0.5 ديسيبل / كم ، والذي ، بالاقتران مع أجهزة إرسال الصمام الثنائي الليزري ، يسمح لك بإنشاء روابط يزيد طولها عن 50 كم. نافذة الشفافية الثانية - 1550 نانومتر - تُستخدم لإنشاء خطوط اتصال أطول (توهين الألياف أقل من 0.2 ديسيبل / كم).

2 تصنيف WOC

يُعرف كابل الألياف الضوئية منذ فترة طويلة ، حتى أن معايير Ethernet المبكرة لـ 10 ميجابت في الثانية تدعمه. الأول كان يسمى FOIRL (رابط مكرر الألياف البصرية المشترك) ، والآخر هو 10BaseF.

اليوم ، هناك عشرات الشركات في العالم التي تنتج الكابلات الضوئية. لأغراض مختلفة. أشهرها: AT&T، General Cable Company (الولايات المتحدة الأمريكية)؛ سيكور (ألمانيا) ؛ كابل BICC (المملكة المتحدة) ؛ Les cables de Lion (فرنسا) ؛ نوكيا (فنلندا) ؛ NTT ، سوميتومو (اليابان) ، بيريلي (إيطاليا).

المعلمات المحددة في إنتاج كابلات الألياف الضوئية هي ظروف التشغيل وعرض النطاق الترددي لخط الاتصال. وفقًا لظروف التشغيل ، يتم تقسيم الكابلات إلى مجموعتين رئيسيتين (الشكل 4)

الغرض الداخلي مخصص للوضع داخل المباني والهياكل. إنها مدمجة وخفيفة ، وكقاعدة عامة ، لها طول مبنى صغير.

تم تصميم الخطوط الرئيسية لمد اتصالات الكابلات في الآبار ، في الأرض ، على دعامات على طول خطوط الكهرباء ، تحت الماء. هذه الكابلات محمية من التأثيرات الخارجية ويبلغ طول بنائها أكثر من كيلومترين.

لضمان الإنتاجية العالية لخطوط الاتصال ، يتم إنتاج FOCs التي تحتوي على عدد صغير (حتى 8) من الألياف أحادية الوضع مع توهين منخفض ، ويمكن أن تحتوي كبلات شبكات التوزيع على ما يصل إلى 144 أليافًا ، أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع ، اعتمادًا على المسافات بين مقاطع الشبكة.

الشكل 4 تصنيف WOK

3 مزايا وعيوب نقل إشارة الألياف البصرية

3.1 فوائد FOCL

بالنسبة للعديد من التطبيقات ، يُفضل استخدام الألياف البصرية نظرًا لعدد من المزايا.

خسارة انتقال منخفضة. تسمح كابلات الألياف الضوئية منخفضة الخسارة بنقل إشارات الصور عبر مسافات طويلة دون استخدام مكبرات الصوت أو أجهزة إعادة الإرسال. هذا مفيد بشكل خاص لأنظمة النقل لمسافات طويلة ، مثل أنظمة مراقبة الطرق السريعة أو السكك الحديدية ، حيث لا تكون الأقسام غير المكررة التي يبلغ طولها 20 كم غير شائعة.

نقل إشارة النطاق العريض. يتيح لك النطاق الترددي العريض للإرسال للألياف الضوئية نقل البيانات الصوتية والمرئية والرقمية عالية الجودة في نفس الوقت عبر كابل ألياف بصرية واحد.

حصانة للتدخل والتقاط الصور. تضمن الحساسية الكاملة لكابل الألياف الضوئية للضوضاء والتداخلات الكهربائية الخارجية التشغيل المستقر للأنظمة حتى في الحالات التي لا يولي فيها القائمون بالتركيب اهتمامًا كافيًا بموقع شبكات الطاقة القريبة ، وما إلى ذلك.

العزلة الكهربائية. يعني نقص التوصيل الكهربائي لكابل الألياف الضوئية أن المشكلات المرتبطة بالتغيرات في إمكانات الأرض ، والتي تعتبر نموذجية ، على سبيل المثال ، في محطات الطاقة أو السكك الحديدية. نفس ممتلكاتهم تقضي على مخاطر تلف المعدات بسبب الارتفاعات الحالية من الصواعق ، وما إلى ذلك.

الكابلات خفيفة الوزن وصغيرة الحجم. يتيح لك الحجم الصغير للغاية للألياف الضوئية وكابلات الألياف الضوئية بث حياة ثانية في قنوات الكابلات المزدحمة. على سبيل المثال ، يشغل أحد الكابلات المحورية مساحة تصل إلى 24 كبلًا ضوئيًا ، كل منها يمكن أن يحمل 64 قناة فيديو و 128 إشارة صوت أو فيديو في وقت واحد.

خط تواصل لا ينتهي. بمجرد استبدال المعدات الطرفية ، بدلاً من الكابلات نفسها ، يمكن ترقية شبكات الألياف الضوئية لنقل المزيد من المعلومات. من ناحية أخرى ، يمكن استخدام جزء أو حتى الشبكة بأكملها لمهمة مختلفة تمامًا ، على سبيل المثال ، الجمع بين شبكة المنطقة المحلية ونظام تلفزيون الدائرة المغلقة في كابل واحد.

الإنفجار والسلامة من الحريق. نظرًا لعدم وجود شرر ، تعمل الألياف الضوئية على زيادة أمان الشبكة في مصافي المواد الكيميائية والنفط وعند خدمة العمليات التكنولوجية عالية المخاطر.

اقتصادية FOCL. وتتكون الألياف من مادة السيليكا التي تعتمد على ثاني أكسيد السيليكون وهي مادة منتشرة وبالتالي فهي رخيصة الثمن على عكس النحاس.

عمر خدمة طويل. بمرور الوقت ، سوف تتحلل الألياف. هذا يعني أن التوهين في الكبل المركب يزداد تدريجياً. ومع ذلك ، بفضل الامتياز التقنيات الحديثةإنتاج الألياف الضوئية ، تتباطأ هذه العملية بشكل كبير ، ويبلغ عمر خدمة الألياف حوالي 25 عامًا. خلال هذا الوقت ، قد تتغير عدة أجيال / معايير لأنظمة الإرسال والاستقبال.

3.2 عيوب FOCL

درجة عالية من التعقيد في التركيب. موظفين مؤهلين تأهيلا عاليا وأدوات خاصة. لذلك ، غالبًا ما يتم بيع كبلات الألياف الضوئية في شكل قطع مقطوعة مسبقًا بأطوال مختلفة ، تم تثبيت الموصلات بالفعل على طرفيها. النوع المطلوب. يتطلب استخدام كابل الألياف الضوئية أجهزة استقبال وأجهزة إرسال بصرية خاصة تقوم بتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية والعكس صحيح.

يعتبر كابل الألياف الضوئية أقل متانة ومرونة من الكابلات الكهربائية. القيمة النموذجية نصف القطر المسموح بهالانحناء حوالي 10 - 20 سم ، مع أنصاف أقطار الانحناء الأصغر ، قد تنكسر الألياف المركزية.

كابل الألياف الضوئية حساس لـ إشعاعات أيونية، بسبب انخفاض شفافية الألياف الزجاجية ، أي زيادة توهين الإشارة.

3. المكونات الإلكترونية من FOCL. مبدأ نقل المعلومات

في الغالب نظرة عامةيمكن شرح مبدأ نقل المعلومات في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية باستخدام (الشكل 5).

الشكل 5 مبدأ نقل المعلومات في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية

1 مرسلات الألياف الضوئية

أهم عنصر في جهاز إرسال الألياف الضوئية هو مصدر الضوء (عادةً ما يكون ليزر أشباه الموصلات أو LED (الشكل 6)). كلاهما يخدم نفس الغرض - لتوليد شعاع ضوئي مجهري يمكن حقنه في الألياف بكفاءة عالية وتعديله (متغير في شدته) بتردد عالٍ. يوفر الليزر ب ó شدة شعاع أعلى من مصابيح LED وتسمح بتردد تعديل أعلى ؛ لذلك فهي تُستخدم غالبًا في وصلات النطاق العريض بعيدة المدى مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية أو تلفزيون الكابل. من ناحية أخرى ، تعد مصابيح LED أجهزة أرخص وأكثر متانة ، علاوة على ذلك ، فهي مناسبة تمامًا لمعظم الأنظمة الصغيرة والمتوسطة الحجم.

الشكل 6 طرق إدخال الإشعاع الضوئي في الألياف الضوئية

بعيدا عن الغرض الوظيفي(أي الإشارة التي يجب أن ينقلها) ، يتميز جهاز إرسال الألياف البصرية بجهازي إرسال آخرين معلمات مهمةتحديد خصائصه. أحدهما هو قوة الخرج (شدة) الإشعاع البصري. والثاني هو الطول الموجي (أو اللون) للضوء المنبعث. عادة ما تكون 850 أو 1310 أو 1550 نانومتر ، القيم المختارة من حالة التطابق مع ما يسمى. نوافذ شفافة في خاصية الإرسال لمواد الألياف الضوئية.

3.2 مستقبلات الألياف البصرية

تؤدي مستقبلات الألياف الضوئية المهمة الحيوية لاكتشاف الإشعاع الضوئي الضعيف للغاية المنبعث من نهاية الألياف وتضخيم الإشارة الكهربائية المستقبلة إلى المستوى المطلوب بأقل قدر من التشويه والضوضاء. يسمى الحد الأدنى من مستوى الإشعاع الذي يتطلبه المستقبل من أجل توفير جودة مقبولة لإشارة الخرج بالحساسية ؛ يحدد الاختلاف بين حساسية المستقبِل وقدرة خرج المرسل الحد الأقصى لخسارة النظام المسموح بها بالديسيبل. بالنسبة لمعظم أنظمة المراقبة CCTV المزودة بجهاز إرسال LED ، يكون الرقم 10-15 ديسيبل نموذجيًا. من الناحية المثالية ، يجب أن يعمل جهاز الاستقبال جيدًا عندما تتباين إشارة الإدخال على نطاق واسع ، حيث لا يمكن عادةً التنبؤ بدقة مسبقًا بدرجة التوهين في خط الاتصال (على سبيل المثال ، طول الخط ، عدد التوصيلات ، إلخ). في كثير تصاميم بسيطةأجهزة الاستقبال ، لتحقيق مستوى الإخراج المطلوب ، يتم استخدام التحكم اليدوي في الكسب ، والذي يتم تنفيذه أثناء تثبيت النظام. هذا غير مرغوب فيه لأن التغييرات في توهين الخط بسبب التقادم أو تغيرات درجة الحرارة ، وما إلى ذلك أمر لا مفر منه ، مما يستلزم تعديلات دورية في الكسب. جميع أجهزة استقبال الألياف البصرية تستخدم التعديل التلقائي Gain ، الذي يتتبع المستوى المتوسط للإشارة الضوئية المدخلة ، يغير كسب جهاز الاستقبال وفقًا لذلك. لا يلزم إجراء أي تعديل يدوي أثناء التثبيت أو أثناء التشغيل.

كابل اتصالات الألياف الضوئية

4. مجالات تطبيق FOCL

تسمح خطوط اتصال الألياف الضوئية (FOCL) بنقل الإشارات التناظرية والرقمية عبر مسافات طويلة. يتم استخدامها أيضًا على مسافات أقصر وأكثر قابلية للإدارة ، مثل داخل المباني. يتزايد عدد مستخدمي الإنترنت - ونحن نبني بسرعة مراكز معالجة بيانات جديدة (DPCs) تستخدم الألياف الضوئية للتوصيل البيني. في الواقع ، عند إرسال الإشارات بسرعة 10 جيجابت / ثانية ، تكون التكاليف مماثلة للخطوط "النحاسية" ، لكن البصريات تستهلك طاقة أقل بكثير. لسنوات عديدة ، كان دعاة الألياف والنحاس يقاتلون بعضهم البعض للحصول على الأولوية في شبكات الشركات. وقت ضائع!

في الواقع ، أصبح مجال البصريات أكثر فأكثر ، ويرجع ذلك أساسًا إلى المزايا المذكورة أعلاه على النحاس. تستخدم معدات الألياف الضوئية على نطاق واسع في المؤسسات الطبية ، على سبيل المثال ، لتبديل إشارات الفيديو المحلية في غرف العمليات. لا علاقة للإشارات الضوئية بالكهرباء ، فهي مثالية لسلامة المرضى.

يفضل الجيش أيضًا تقنيات الألياف الضوئية ، نظرًا لصعوبة قراءة البيانات المنقولة من الخارج أو حتى استحالة ذلك. توفر FOCLs درجة عالية من الحماية للمعلومات السرية ، وتسمح بنقل البيانات غير المضغوطة مثل الرسومات باستخدام دقة عاليةوفيديو بدقة بكسل. لقد اخترقت البصريات جميع المجالات الرئيسية - أنظمة المراقبة والإرسال ومراكز الظرفية في المناطق التي توجد بها الظروف القاسيةعملية.

لقد سمح تخفيض تكلفة المعدات باستخدام التقنيات البصرية في مناطق النحاس التقليدية - على نطاق واسع المؤسسات الصناعيةللتنظيم أنظمة مؤتمتةأنظمة التحكم في العمليات (APCS) والطاقة والأمن والمراقبة بالفيديو. القدرة على نقل تدفق كبير من المعلومات عبر مسافات طويلة تجعل البصريات مناسبة بشكل مثالي ومطلوبة في جميع مجالات الصناعة تقريبًا حيث الطول خطوط الكابلاتيمكن أن تصل إلى عدة كيلومترات. إذا كانت المسافة بالنسبة للزوج الملتوي محدودة بـ 450 مترًا ، فعندئذٍ بالنسبة للبصريات و 30 كم ليس الحد الأقصى.

كمثال على استخدام FOCL ، أود أن أقدم وصفًا لنظام أمان للمراقبة بالفيديو بدائرة مغلقة في محطة طاقة نموذجية. أصبح هذا الموضوع وثيق الصلة بالموضوع ومطلوبًا عليه مؤخرًا ، بعد اعتماد حكومة الاتحاد الروسي لقرار بشأن مكافحة الإرهاب وقائمة بالأشياء الحيوية التي يتعين حمايتها.

5. أنظمة المراقبة التلفزيونية بالألياف الضوئية

عادة ما تتضمن عملية تطوير النظام مكونين:

اختيار مكونات مسار الإرسال النشط المناسب بناءً على الوظيفة (الوظائف) المطلوبة ، ونوع وعدد الألياف المتاحة أو المعروضة ، ومدى الإرسال الأقصى.

تصميمات البنية التحتية للألياف غير الفعالة ، بما في ذلك أنواع الكابلات الأساسية والمواصفات وصناديق التوصيل وألواح التصحيح الليفية.

1مكونات مسار نقل الفيديو

بادئ ذي بدء - ما هي المكونات المطلوبة بالفعل لتلبية المواصفات الفنيةأنظمة؟

أنظمة الكاميرا الثابتة - هذه الأنظمة بسيطة للغاية وتتكون عادةً من جهاز إرسال ألياف بصرية مصغر وإما جهاز استقبال معياري أو مثبت على حامل. غالبًا ما يكون جهاز الإرسال صغيرًا بدرجة كافية ليتم تركيبه مباشرةً في جسم الكاميرا ويتم تزويده بموصل حربة متحد المحور وموصل بصري شارع ومحطات توصيل مصدر طاقة منخفض الجهد (عادةً 12 فولت تيار مستمر أو التيار المتناوب). يتكون نظام المراقبة لمحطة توليد الطاقة النموذجية من عدة عشرات من هذه الكاميرات ، والتي يتم نقل الإشارات منها إلى غرفة التحكم المركزية ، وفي هذه الحالة يتم تثبيت أجهزة الاستقبال في رف على بطاقة قياسية بتنسيق 3U مقاس 19 بوصة مع علامة مشتركة مزود الطاقة.

الأنظمة الموجودة على الكاميرات التي يتم التحكم فيها باستخدام أجهزة PTZ - هذه الأنظمة أكثر تعقيدًا ، حيث يلزم وجود قناة إضافية لنقل إشارات التحكم في الكاميرا. بشكل عام ، هناك نوعان من النظام جهاز التحكممثل هذه الكاميرات - تتطلب إرسالًا أحاديًا لإشارات التحكم عن بعد (من المكتب المركزي إلى الكاميرات) وتتطلب إرسالًا ثنائي الاتجاه. أصبحت أنظمة الإرسال ثنائية الاتجاه أكثر شيوعًا لأنها تتيح لكل كاميرا التعرف على استقبال كل إشارة تحكم ، وبالتالي توفر دقة وموثوقية أكبر للتحكم. داخل كل مجموعة من هذه المجموعات ، توجد مجموعة كبيرة من متطلبات الواجهة ، بما في ذلك RS232 و RS422 و RS485. لا تستخدم الأنظمة الأخرى واجهة رقمية ، ولكنها تنقل البيانات كسلسلة من الإشارات الصوتية عبر قناة تمثيلية ، على غرار الاتصال النغمي ثنائي التردد في المهاتفة.

الشكل 6: إرسال إشارات جهاز التحكم عن بعد لجهاز PTZ عبر ألياف مفردة

يمكن أيضًا تشغيل جميع هذه الأنظمة بكابلات الألياف الضوئية باستخدام المعدات المناسبة. في ظل الظروف العادية ، يكون الإرسال المتزامن للإشارات الضوئية على نفس الألياف في اتجاهات متعاكسة أمرًا غير مرغوب فيه ، حيث يحدث التداخل المتبادل بسبب الانعكاسات الشاردة في الألياف. في أنظمة الدوائر التلفزيونية المغلقة ، يُحدث هذا التأثير ضوضاء في الصورة عندما يتم تشغيل التحكم في الكاميرا.

لتحقيق إرسال ثنائي الاتجاه عبر ليف واحد دون التسبب في تداخل متبادل ، من الضروري أن تعمل أجهزة الإرسال عند الأطراف المختلفة للألياف بأطوال موجية مختلفة ، على سبيل المثال ، عند 850 نانومتر و 1300 نانومتر على التوالي (الشكل 6). متصل بكل طرف من طرفي الألياف هو مقرن على مُضاعِف تقسيم الطول الموجي (WDM) ، والذي يضمن أن كل مستقبل يستقبل فقط الطول الموجي الصحيح للضوء (على سبيل المثال ، 850 نانومتر) من المرسل في الطرف المقابل للألياف. الانعكاسات غير المرغوب فيها من جهاز الإرسال في النهاية القريبة موجودة خاطئ النطاق (أي 1300 نانومتر) ويتم قطعه وفقًا لذلك.

قدرات إضافية - على الرغم من أن اختيار الكاميرا الثابتة أو الكاميرا على جهاز PTZ يلبي متطلبات معظم أنظمة المراقبة التلفزيونية ذات الدائرة المغلقة ، إلا أن هناك عددًا من الأنظمة التي تتطلب قدرات إضافية ، مثل نقل المعلومات الصوتية - بشكل عام إعلان أو رسائل مساعدة للمستهلك أو اتصال داخلي مع بريد بعيد. من ناحية أخرى ، جزء من ملف نظام الأمنقد تكون هناك جهات اتصال بأجهزة استشعار يتم تشغيلها في حالة نشوب حريق أو ظهور غرباء. يمكن إرسال كل هذه الإشارات عبر الألياف - إما نفس تلك التي تستخدمها الشبكة أو أخرى.

2مضاعفة الفيديو

يمكن مضاعفة ما يصل إلى 64 فيديو وما يصل إلى 128 إشارة صوتية أو بيانات رقمية على ألياف أحادية الوضع ، أو أقل قليلاً على ألياف متعددة الأوضاع. في هذا السياق ، يشير تعدد الإرسال إلى الإرسال المتزامن لإشارات الفيديو بملء الشاشة في الوقت الفعلي ، وليس إلى عرض الإطار الصغير أو الشاشة المنقسمة ، وهو ما يشير إليه هذا المصطلح في كثير من الأحيان.

القدرة على نقل العديد من الإشارات و معلومة اضافيةعلى الألياف الضوئية المتعددة - قيمة جدًا ، خاصةً لأنظمة المراقبة التلفزيونية المغلقة لمسافات طويلة ، مثل الطرق السريعة أو السكك الحديدية ، حيث غالبًا ما يكون تقليل عدد الألياف الضوئية أمرًا حيويًا. بالنسبة للتطبيقات الأخرى ، ذات المسافات الأقصر والكاميرات المنتشرة على نطاق واسع ، فإن الفوائد ليست واضحة جدًا ، وهنا يجب أن يكون الاعتبار الأول هو استخدام خط ألياف منفصل لكل إشارة فيديو. يعد اختيار تعدد الإرسال أم لا أمرًا معقدًا للغاية ويجب ألا يتم إلا بعد النظر في جميع الجوانب ، بما في ذلك طوبولوجيا النظام ، إجمالي التكاليفوأخيرًا وليس آخرًا ، التسامح مع أعطال الشبكة.

3البنية التحتية لشبكة الكابلات

بعد تحديد متطلبات مسار الإرسال ، يتم تنفيذ تطوير البنية التحتية لشبكة الألياف البصرية للكابلات ، والتي لا تشمل فقط الكابلات نفسها ، ولكن أيضًا جميع المكونات الإضافية - مربعات الوصلات ، ولوحات تمديد الكابلات ، وكابلات الالتفاف.

المهمة الأولى هي التأكد من صحة اختيار عدد ونوع الألياف الضوئية ، والتي يتم تحديدها في مرحلة اختيار مكونات المسار. إذا لم يكن النظام طويلاً جدًا (أي لا يزيد عن 10 كم تقريبًا) ولا يتضمن تعدد إرسال إشارات الفيديو ، فعلى الأرجح الخيار الأفضلسيكون هناك 50/125 ميكرومتر أو 62.5 / 125 ميكرومتر من الألياف متعددة الأوضاع مع مؤشر انكسار متدرج. تقليديا ، يتم اختيار 50/125 ميكرومتر من الألياف لأنظمة التلفزيون المغلقة ، و 62.5 / 125 ميكرومتر لشبكات المنطقة المحلية. على أي حال ، كل واحد منهم مناسب لكل من هذه المهام ، وبشكل عام ، في معظم البلدان ، يتم استخدام 62.5 / 125 ميكرون من الألياف لكلا الغرضين.

يمكن تحديد عدد الألياف المطلوبة بناءً على عدد الكاميرات وموضعها النسبي وما إذا كان يتم استخدام التحكم عن بعد أحادي الاتجاه أو ثنائي الاتجاه أو مضاعفة الإرسال. لأن الأنابيب. عادة ما تكون الكابلات المخصصة للوضع في مجاري خارجية مقاومة للماء إما بشريط من الألومنيوم (أنابيب مجوفة جافة) أو بحشو مقاوم للماء (كبلات مملوءة بالهلام). كابل للسلامة من الحرائق.

تحتوي العديد من أنظمة التلفزيون ذات الدوائر الصغيرة ذات النطاق الصغير على تكوين نجمي ، حيث يتم وضع قطعة واحدة من الكبل من كل كاميرا إلى محطة التحكم. لمثل هذه الأنظمة التصميم الأمثلسيحتوي الكبل على ألياف - على التوالي لنقل إشارة الفيديو وجهاز التحكم عن بعد. يوفر هذا التكوين هامشًا لسعة الكابل بنسبة 100٪ ، حيث يمكن إرسال إشارات الفيديو ووحدة التحكم عن بعد عبر نفس الألياف إذا لزم الأمر. قد تستفيد شبكات أكثر اتساعًا من الاستخدام عكس طوبولوجيا الشجرة (الفرع المقلوب وطوبولوجيا الشجرة) (الشكل 7). في مثل هذه الشبكات ، يمتد كبل الألياف البصرية ثنائي النواة من كل كاميرا إلى "محور" محلي ، حيث يتم توصيلهما بكابل واحد متعدد النواة. لا يعد المحور نفسه أكثر تعقيدًا من صندوق التوصيل التقليدي في جميع الأحوال الجوية ويمكن غالبًا دمجه مع علبة معدات إحدى الكاميرات.

التكلفة المضافة لإضافة الألياف الضوئية إلى كابل موجود لا تكاد تذكر ، لا سيما بالمقارنة مع تكاليف الأشغال العامة المرتبطة ، وينبغي النظر بجدية في القدرة على تركيب الكابلات ذات السعة الزائدة.

قد تحتوي كابلات الألياف الضوئية الخنادق على حديد التسليح. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون جميع الكابلات مصنوعة من مواد منخفضة الدخان ومثبطة للهب لتلبية اللوائح المحلية للتركيب في الهواء الطلق. قناة الكابلأو مباشرة في الخنادق ، هي عبارة عن تصميمات أنابيب مجوفة تحتوي على 2 إلى 24 ليفًا في واحد أو أكثر

الشكل 7: طوبولوجيا شجرة لشبكة ألياف بصرية

في محطة التحكم ، يأتي كبل الألياف الضوئية للإدخال عادةً في صندوق واجهة مُثبَّت على حامل مقاس 19 بوصة ، مع كل ألياف لها فردها الخاص شارع - موصل. من أجل الاقتران النهائي مع جهاز الاستقبال ، كابلات مهايئ قصيرة ذات صلابة متزايدة مع التزاوج شارع - موصلات في كل نهاية. ليست هناك حاجة إلى مهارة خاصة لأداء جميع أعمال التركيب ، بخلاف الفهم المعقول للحاجة إلى المعالجة الدقيقة للألياف الضوئية (على سبيل المثال ، لا تثني الألياف بنصف قطر أقل من 10 أقطار ألياف) ومتطلبات النظافة العامة ( أي النظافة).

4ميزانية الخسارة

قد يبدو من الغريب أن يتم حساب ميزانية الخسارة الضوئية في مثل هذه المرحلة المتأخرة من عملية التطوير ، ولكن في الواقع ، من الممكن حسابها بأي دقة فقط بعد تحديد البنية التحتية للكابلات بشكل كامل. الغرض من الحساب هو تحديد الخسارة لأسوأ مسار إشارة (عادة الأطول) والتأكد من أن المعدات المختارة لمسار الإرسال بهامش معقول تتناسب مع الحدود التي تم الحصول عليها.

الحساب بسيط للغاية ويتكون من الجمع المعتاد للخسائر بالديسيبل لجميع مكونات المسير ، بما في ذلك التوهين في الكبل (dB / km x الطول بالكيلومتر) بالإضافة إلى كل من الموصلات والخسائر عند التقاطعات. تكمن الصعوبة الأكبر في استخراج أرقام الخسارة الضرورية من وثائق الشركة المصنعة.

اعتمادًا على النتيجة التي تم الحصول عليها ، قد تحتاج المعدات المختارة لمسار الإرسال إلى إعادة تقييم لضمان خسائر مقبولة. على سبيل المثال ، قد يكون من الضروري طلب معدات ذات معلمات بصرية محسّنة ، وإذا لم يكن ذلك متاحًا ، فيجب مراعاة التبديل إلى نافذة شفافية بطول موجي أطول ، حيث تكون الخسائر أقل.

5اختبار النظام والتكليف به

توفر معظم أدوات تركيب شبكات الألياف الضوئية نتائج اختبار بصري لشبكة ألياف ضوئية مفوضة. كحد أدنى ، يجب أن تتضمن قياسات لقدرة الإرسال البصري من طرف إلى طرف لكل وصلة ألياف بصرية - وهذا يعادل اختبار استمرارية لشبكة نحاسية تقليدية مع مُضاعِفات إشارة كهربائية. يتم الإبلاغ عن هذه النتائج على أنها خسارة في الخط بالديسيبل ويمكن مقارنتها مباشرة بالبيانات التقنية للمعدات المختارة لمسار الإرسال. من الطبيعي عمومًا أن يكون هناك حد أدنى لهامش خسارة (المعدات الموعودة مطروحًا منها القيمة المقاسة) 3 ديسيبل لعمليات التقادم الحتمية التي تحدث في وصلات الألياف الضوئية ، خاصة في أجهزة الإرسال.

خاتمة

في كثير من الأحيان ، يرى الخبراء أن حلول الألياف الضوئية أغلى بكثير من الحلول النحاسية. في الجزء الأخير من عملي ، أود تلخيص ما قيل سابقًا ومحاولة معرفة ما إذا كان هذا صحيحًا أم لا من خلال مقارنة الحلول البصرية لـ 3M Volution مع نظام محمي نموذجي من الفئة السادسة ، والذي يحتوي على الأقرب إلى البصريات متعددة الأوضاع.

تضمنت التكلفة التقديرية لنظام نموذجي سعر منفذ لوحة التصحيح 24 منفذًا (لكل مشترك) ، وأسلاك المشترك والتصحيح ، ووحدة المشترك ، وتكلفة الكابل الأفقي لكل 100 متر (انظر الجدول 1).

الجدول 1 حساب تكلفة منفذ المشترك SCS لـ "النحاس" من الفئة السادسة والبصريات

أظهر هذا الحساب البسيط أن تكلفة محلول الألياف الضوئية تزيد بنسبة 35٪ فقط عن حل الزوج الملتوي من الفئة 6 ، لذا فإن الشائعات حول التكلفة الهائلة للبصريات مبالغ فيها إلى حد ما. علاوة على ذلك ، فإن تكلفة المكونات البصرية الرئيسية اليوم قابلة للمقارنة أو حتى أقل من تكلفة الأنظمة المحمية من الفئة السادسة ، ولكن لسوء الحظ ، لا يزال التبديل البصري الجاهز وأسلاك المشتركين أغلى بعدة مرات من نظيراتها النحاسية. ومع ذلك ، إذا تجاوز طول قنوات المشترك في النظام الفرعي الأفقي 100 متر لسبب ما ، فلا يوجد بديل للبصريات.

في الوقت نفسه ، فإن التوهين المنخفض للألياف الضوئية و "مناعتها" للعديد من التقاطات الكهرومغناطيسية تجعلها حلاً مثاليًا لأنظمة الكابلات الحالية والمستقبلية.

توفر أنظمة الكابلات الهيكلية التي تستخدم الألياف لكل من قنوات الكابلات الرئيسية والأفقية للعملاء عددًا من الفوائد المهمة: هيكل أكثر مرونة ، وبصمة بناء أصغر ، وأمان أعلى ، وإمكانية إدارة أفضل.

سيسمح استخدام الألياف الضوئية في مكان العمل في المستقبل بـ تكلفة قليلةالانتقال إلى بروتوكولات الشبكة الجديدة مثل Gigabit و 10 Gigabit Ethernet. هذا ممكن بفضل عدد من التطورات الحديثة في تكنولوجيا الألياف البصرية: الألياف متعددة الأوضاعمع الخصائص البصرية المحسنة وعرض النطاق الترددي ؛ الموصلات الضوئية ذات الشكل الصغير ، والتي تتطلب مساحة أقل وتكاليف تركيب أقل ؛ توفر صمامات الليزر الثنائية المستوية ذات التجويف العمودي نقل البيانات عبر مسافات طويلة بتكلفة منخفضة.

على الرغم من وجود شبكات تستخدم الإرسال اللاسلكي وأشكال الاتصال الأخرى لنقل البيانات ، التقنيات اللاسلكية، لكن الغالبية العظمى من الشبكات تستخدم الكبل كوسيط إرسال. غالبًا ما يكون هذا الكبل ذو قلب نحاسي لنقل الإشارات الكهربائية ، لكن كبل الألياف الضوئية ذو النواة الزجاجية ، والذي يتم من خلاله نقل نبضات الضوء ، أصبح أكثر شيوعًا. بحكم حقيقة أن كبل الألياف الضوئية يستخدم الضوء (الفوتونات) بدلاً من الكهرباء ، يتم التخلص تمامًا من جميع المشكلات الكامنة في الكابلات النحاسية ، مثل التداخل الكهرومغناطيسي والتداخل (الحديث المتبادل) والحاجة إلى التأريض.

هيكل الألياف الضوئية. جهاز توجيه الضوء.

يسمى الجزء الداخلي من دليل الضوء بالنواة ، وهو عبارة عن خيط من الزجاج أو البلاستيك ، والجزء الخارجي هو الكسوة المصنوعة من الألياف الضوئية ، أو ببساطة الكسوة هي طلاء خاصلب ، يعكس الضوء من حوافه إلى المركز.

اعتمادًا على مسار انتشار الضوء ، يتم تمييز الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع. الألياف متعددة الأوضاع (متعددة الترددات) (MMF - الألياف متعددة الأوضاع) لها قطر أساسي كبير - 50 أو 62.5 ميكرون بقطر غلاف 125 ميكرون أو 100 ميكرون لغلاف 140 ميكرون. الألياف أحادية الوضع (أحادية التردد) (SMF - الألياف أحادية الوضع) يبلغ قطرها الأساسي 8 أو 9.5 ميكرون مع نفس قطر الغلاف. في الخارج ، تحتوي القشرة على طبقة واقية من البلاستيك بسمك 60 ميكرون ، تسمى أيضًا الغلاف الواقي. يسمى دليل الضوء بطبقة واقية بالألياف الضوئية.

تتميز الألياف الضوئية بشكل أساسي بأقطار اللب والكسوة ، وهذه الأبعاد بالميكرومتر مكتوبة في كسور: 50/125 ، 62.5 / 125 ، 100/140 ، 8/125 ، 9.5 / 125 ميكرون. يتم أيضًا توحيد القطر الخارجي للألياف (المغلفة) ؛ في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، تُستخدم الألياف التي يبلغ قطرها 250 ميكرون بشكل أساسي. تُستخدم أيضًا الألياف ذات الطلاء العازل أو ببساطة المخزن المؤقت ، بقطر 900 ميكرون ، المترسبة على طلاء أساسي 250 ميكرون.

ألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع.

كما لوحظ ، هناك نوعان من كبلات الألياف الضوئية: الوضع الفردي والوضع المتعدد. لا ينعكس شعاع الضوء الذي ينتشر عبر النواة الرقيقة نسبيًا لكابل أحادي الوضع من الغلاف كما يحدث في النواة السميكة لكابل متعدد الأوضاع. بالنسبة لنقل البيانات ، يستخدم الأخير ضوءًا متعدد الألوان (متعدد الترددات) ، ويستخدم الوضع الفردي ضوءًا بتردد واحد فقط (إشعاع أحادي اللون) ، ومن ثم حصلوا على أسمائهم. يتم إنشاء الإشارة المرسلة بواسطة كبل أحادي الوضع بواسطة الليزر ، وهي بالطبع موجة بطول واحد ، بينما تحمل الإشارات المتعددة التي يتم إنشاؤها بواسطة موجات LED ذات أطوال موجية مختلفة. في الكبل أحادي الوضع ، يتم التخلص فعليًا من توهين الإشارة. يسمح هذا وعدد من الصفات المذكورة أعلاه للكابل أحادي الوضع بالعمل بنطاق ترددي أعلى من الكبل متعدد الأوضاع ويغطي مسافات أطول 50 مرة.

من ناحية أخرى ، يعد الكبل أحادي الوضع أكثر تكلفة وله نصف قطر انحناء كبير نسبيًا مقارنة بالكابل البصري متعدد الأوضاع ، مما يجعل العمل به غير مريح. تستخدم معظم شبكات الألياف الضوئية كبلًا متعدد الأوضاع ، والذي ، على الرغم من كونه أقل جودة من الكبل أحادي الوضع ، إلا أنه أكثر كفاءة من النحاس. ومع ذلك ، تميل شركات الهاتف والتلفزيون الكبلي إلى استخدام كبل أحادي الوضع لأنه يمكن أن يحمل المزيد من البيانات عبر مسافات أطول.

أوضاع تمرير الشعاع.

لكي تنتشر الحزمة على طول الألياف ، يجب أن تدخلها بزاوية لا تزيد عن الحرجة بالنسبة لمحور الألياف ، أي يجب أن تسقط في مخروط مدخل وهمي. يسمى جيب هذه الزاوية الحرجة الفتحة العددية للألياف NA.

في الألياف متعددة الأنماط ، تختلف مؤشرات الانكسار للقلب والكسوة بنسبة 1-1.5٪ فقط (على سبيل المثال ، 1.515: 1.50) في هذه الحالة ، الفتحة NA هي 0.2-0.3 ، والزاوية التي يمكن أن تدخل الحزمة عندها الألياف ، لا تتجاوز 12-18 درجة من المحور. في الألياف أحادية الوضع ، تختلف مؤشرات الانكسار بدرجة أقل (1.505: 1.50) ، والفتحة NA هي 0.122 ، ولا تتجاوز الزاوية 7 درجات من المحور. كلما كانت الفتحة أكبر ، كان من الأسهل إدخال الحزمة في الألياف ، ولكن هذا يزيد من تشتت الوسائط ويضيق النطاق الترددي.

الفتحة العددية تميز جميع مكونات القناة الضوئية - أدلة الضوء ومصادر ومستقبلات الإشعاع. لتقليل فقد الطاقة ، يجب أن تتطابق فتحات العناصر المتصلة مع بعضها البعض.

فقدان الطاقة والإشارة.

تُقاس قوة الإشارة الضوئية بوحدات لوغاريتمية تبلغ ديسيبل (ديسيبل لكل ملي واط): 0 ديسيبل لكل مللي واط يتوافق مع إشارة بقوة 1 ميغاواط. فقدان الإشارة في أي عنصر هو التوهين. عندما تنتشر الحزمة ، فإنها تضعف بسبب التشتت والامتصاص. الامتصاص - التحويل إلى طاقة حرارية- يحدث في شوائب ؛ كلما كان الزجاج أنظف ، قلت هذه الخسائر. يحدث التشتت - خروج الأشعة من الألياف - في انحناءات الألياف ، عندما تغادر أشعة الأنماط الأعلى الألياف. يحدث التشتت في كل من microbends وعلى عيوب السطح الأخرى للواجهة بين الوسائط.

بالنسبة للألياف ، يتم تحديد التوهين لكل وحدة طول (dB / km) ، وللحصول على قيمة التوهين لوصلة معينة ، يتم ضرب التوهين لكل وحدة طول بطولها. يميل التوهين إلى النقصان مع زيادة الطول الموجي ، لكن الاعتماد يكون غير متوتر. توجد نوافذ شفافة من الألياف متعددة الأوضاع في المناطق ذات الأطوال الموجية 850 ميكرومتر و 1300 ميكرومتر. بالنسبة للألياف أحادية الوضع ، تكون النوافذ في حدود حوالي 1300 و 1500-1600 ميكرومتر. وبطبيعة الحال ، من أجل زيادة كفاءة الاتصال ، يتم ضبط الجهاز على طول موجي موجود في إحدى النوافذ. يتم استخدام الألياف أحادية الوضع لـ 1550 و 1300 نانومتر ، مع توهين نموذجي لكل وحدة طول يبلغ 0.25 و 0.35 ديسيبل / كم ، على التوالي. تُستخدم الألياف متعددة الأوضاع للموجات 1300 و 850 نانومتر ، حيث يكون التوهين النوعي 0.75 و 2.7 ديسيبل / كم.

في الإرسال البصري ، ترتبط أصعب المهام بنهايات وتقاطعات الألياف. هذا هو توليد نبضات ضوئية ومدخلاتها في الألياف ، واستقبال الإشارات وكشفها ، وببساطة توصيل مقاطع الألياف ببعضها البعض. لا تدخل الحزمة الواقعة في نهاية الألياف بالكامل: فهي تنعكس جزئيًا إلى الخلف ، ويتناثر جزء من الطاقة المرسلة على عيوب السطح في النهاية ، بينما يتخطى الجزء "المخروط" الذي يستقبل الضوء. يحدث الشيء نفسه عند خروج الشعاع من الألياف. نتيجة لذلك ، يتسبب كل مفصل في خسائر للإشارة المرسلة (0.1-1 ديسيبل) ، ويمكن أن يكون مستوى الإشارة المنعكسة في نطاق 15-60 ديسيبل.

مصادر الإشعاع وأجهزة الاستقبال

تستخدم مصابيح LED والليزر أشباه الموصلات كمصادر للإشعاع. مصابيح LED هي مصادر غير متماسكة تولد إشعاعًا في منطقة مستمرة معينة من الطيف بعرض 30-50 نانومتر. نظرًا للعرض الكبير لنمط الإشعاع ، يتم استخدامها فقط عند العمل باستخدام الألياف متعددة الأوضاع. تعمل أرخص بواعث في نطاق الطول الموجي 850 نانومتر (بدأت الاتصالات الليفية معهم). يعتبر الإرسال بأطوال موجية أطول أكثر كفاءة ، ولكن بواعث 1300 نانومتر أكثر تعقيدًا وأكثر تكلفة.

الليزر مصادر متماسكة ذات عرض طيفي ضيق للإشعاع (1-3 نانومتر ، أحادي اللون بشكل مثالي). ينتج الليزر شعاعًا ضيقًا ، وهو أمر ضروري للألياف أحادية الوضع. يبلغ الطول الموجي 1300 أو 1550 نانومتر ، ويتم إتقان نطاقات الطول الموجي الأطول. أداء أسرع من مصابيح LED. الليزر أقل متانة من LED وأصعب في إدارته. تعتمد طاقة الإشعاع بشدة على درجة الحرارة ، لذلك عليك استخدام التغذية المرتدة لضبط التيار. مصدر الليزر حساس للانعكاسات الخلفية: الشعاع المنعكس ، الذي يسقط في نظام الرنين البصري لليزر ، اعتمادًا على تحول الطور ، يمكن أن يسبب توهينًا وتضخيمًا لإشارة الخرج. يمكن أن يؤدي عدم استقرار مستوى الإشارة إلى عدم تشغيل الاتصال ، وبالتالي فإن متطلبات مقدار الانعكاسات الخلفية في الخط لمصادر الليزر أكثر صرامة.

تعمل الثنائيات الضوئية ككاشفات للإشعاع. هناك عدد من أنواع الثنائيات الضوئية تختلف في الحساسية والسرعة. أبسط الثنائيات الضوئية لها حساسية منخفضة ووقت استجابة طويل. تتميز الثنائيات بسرعة عالية ، حيث يتم قياس وقت الاستجابة بوحدات من النانو ثانية بجهد مطبق من الوحدات إلى عشرات الفولتات. تتميز ثنائيات الانهيار الجليدي بأعلى حساسية ، ولكنها تتطلب مئات الفولتات ليتم تطبيقها ، ويعتمد أداؤها بشكل كبير على درجة الحرارة. إن اعتماد حساسية الثنائيات الضوئية على الطول الموجي قد أظهر الحد الأقصى للأطوال الموجية التي تحددها مادة أشباه الموصلات. أرخص ثنائيات السيليكون الضوئية لها حساسية قصوى في حدود 800-900 نانومتر ، والتي تنخفض بشكل حاد بالفعل عند 1000 نانومتر. لنطاقات الطول الموجي الأطول ، يتم استخدام الجرمانيوم والإنديوم وزرنيخيد الغاليوم.

على أساس بواعث وأجهزة الكشف ، يتم إنتاج مكونات جاهزة - أجهزة الإرسال والاستقبال وأجهزة الإرسال والاستقبال. تحتوي هذه المكونات على واجهة كهربائية خارجية TTL أو ESL. تعتبر الواجهة الضوئية نوعًا محددًا من الموصلات التي غالبًا ما يتم تثبيتها على قطعة من الألياف يتم لصقها مباشرة بالباعث أو رقاقة الكاشف.

المرسل هو باعث بدائرة تحكم. المعلمات الضوئية الرئيسية للمرسل هي قدرة الخرج وطول الموجة والعرض الطيفي والسرعة والمتانة ، والمستقبل عبارة عن كاشف بمضخم تشكيل. يتميز جهاز الاستقبال بنطاق الموجات المستقبلة والحساسية والمدى الديناميكي والسرعة (عرض النطاق الترددي).

نظرًا لأن الشبكات تستخدم دائمًا الاتصالات ثنائية الاتجاه ، يتم أيضًا إنتاج أجهزة الإرسال والاستقبال - وهي مجموعة من المرسل والمستقبل مع معلمات متسقة.

مزايا

عرض النطاق الترددي العريض - بسبب التردد العالي للغاية البالغ 10 14 هرتز.

توهين منخفض للإشارة الضوئية في الألياف. يبلغ توهين الألياف الضوئية الصناعية التي تنتجها الشركات المصنعة المحلية والأجنبية حاليًا 0.2-0.3 ديسيبل بطول موجة يبلغ 1.55 ميكرون لكل كيلومتر. يتيح التوهين المنخفض والتشتت المنخفض إمكانية بناء أقسام من الخطوط دون إعادة الإرسال بطول يصل إلى 100 كم أو أكثر.

مناعة عالية ضد الضوضاء. نظرًا لأن الألياف مصنوعة من مادة عازلة للكهرباء ، فهي محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي من أنظمة الكابلات النحاسية والمعدات الكهربائية المحيطة.

صغر الوزن والحجم. كابلات الألياف الضوئية (FOCs) أخف وزنًا وأخف من الكابلات النحاسية لنفس النطاق الترددي. على سبيل المثال ، يمكن استبدال كبل هاتف 900 زوج بقطر 7.5 سم بألياف مفردة بقطر 0.1 سم. إذا تم "تغطيتها" بالعديد من الأغماد الواقية ومغطاة بشريط فولاذي درع ، فإن قطر ستكون هذه الألياف 1.5 سم ، وهي أصغر عدة مرات من كابل الهاتف المدروس.

اجراءات امنية مشددة ضد الوصول غير المصرح به. نظرًا لأن FOC لا يشع عمليًا في المدى الراديوي ، فمن الصعب التنصت على المعلومات المرسلة عبره دون الإخلال بالاستقبال والإرسال. أنظمة المراقبة (المراقبة المستمرة) لسلامة خط الاتصال البصري ، باستخدام خصائص الحساسية العالية للألياف ، يمكنها على الفور إيقاف قناة الاتصال "المخترقة" وإصدار إنذار. أنظمة الاستشعار التي تستخدم تأثيرات التداخل للإشارات الضوئية المنتشرة (سواء على طول الألياف المختلفة أو الاستقطابات المختلفة) لديها حساسية عالية جدًا للتقلبات ، لانخفاضات الضغط الصغيرة.

السلامة من الحرائق.

الاقتصادية WOK. وتتكون الألياف من مادة السيليكا التي تعتمد على ثاني أكسيد السيليكون وهي مادة منتشرة وبالتالي فهي رخيصة الثمن على عكس النحاس. حاليًا ، تكلفة الألياف بالنسبة للزوج النحاسي مرتبطة بـ 2: 5. في الوقت نفسه ، يتيح FOC إرسال الإشارات عبر مسافات أطول بكثير دون إعادة الإرسال. يتم تقليل عدد المكررات على الخطوط الممتدة عند استخدام FOC. عند استخدام أنظمة نقل Soliton ، تم تحقيق مسافات 4000 كم بدون تجديد (أي باستخدام مكبرات الصوت الضوئية فقط في العقد الوسيطة) بمعدل إرسال يزيد عن 10 جيجابت في الثانية.

عمر خدمة طويل (حوالي 25 سنة).

سلبيات

تكلفة معدات الواجهة. لا يزال سعر أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية مرتفعًا جدًا.

تتطلب حماية خاصة من الألياف. الزجاج كمادة يقاوم الأحمال الهائلة بقوة شد تزيد عن 1 جيجا باسكال (109 نيوتن / م 2). يبدو أن هذا يعني أن الألياف المفردة التي يبلغ قطرها 125 ميكرون يمكنها تحمل وزن 1 كجم. لسوء الحظ ، لم يتحقق هذا في الممارسة. والسبب هو أن الألياف الضوئية ، مهما كانت مثالية ، بها تشققات دقيقة تبدأ في الانقطاع. لزيادة الموثوقية ، يتم طلاء الألياف الضوئية بورنيش خاص يعتمد على إبوكسي أكريلات أثناء التصنيع ، ويتم تقوية الكبل البصري نفسه ، على سبيل المثال ، بخيوط أساسها كيفلر. إذا كانت هناك حاجة إلى ظروف كسر أكثر صرامة ، فيمكن تقوية الكابل بخاصية كابل صلبأو قضبان الألياف الزجاجية. لكن كل هذا يستلزم زيادة في تكلفة الكابل البصري.

تعتبر مزايا استخدام خطوط الاتصال بالألياف الضوئية مهمة جدًا لدرجة أنه على الرغم من عيوب الألياف الضوئية المدرجة ، فإن الاحتمالات الإضافية لتطوير تكنولوجيا اتصالات الألياف الضوئية في شبكات المعلومات أكثر من واضحة.

مقدمة

على الرغم من وجود شبكات تستخدم الإرسال اللاسلكي وأنواعًا أخرى من التقنيات اللاسلكية لنقل البيانات ، فإن الغالبية العظمى من الشبكات المحلية تستخدم الكبل كوسيط للإرسال. غالبًا ما يكون هذا الكبل ذو قلب نحاسي لنقل الإشارات الكهربائية ، لكن كبل الألياف الضوئية ذو النواة الزجاجية ، والذي يتم من خلاله نقل نبضات الضوء ، أصبح أكثر شيوعًا. بحكم حقيقة أن كبل الألياف الضوئية يستخدم الضوء (الفوتونات) بدلاً من الكهرباء ، يتم التخلص تمامًا من جميع المشكلات الكامنة في الكابلات النحاسية ، مثل التداخل الكهرومغناطيسي والتداخل (الحديث المتبادل) والحاجة إلى التأريض.

نقل المعلومات عبر خطوط الاتصالات الضوئية له 50 عامًا فقط ، لكن تاريخه مضطرب للغاية. يعتمد الإرسال البصري على تأثير الانعكاس الداخلي الكلي لحادث الحزمة على حدود وسيطين لهما مؤشرات انكسار مختلفة. موجه الضوء عبارة عن قضيب زجاجي رقيق من طبقتين ، حيث يكون معامل الانكسار للطبقة الداخلية أكبر من الطبقة الخارجية. يشكل دليل الضوء ومصدر الضوء المتحكم فيه والكاشف الضوئي قناة إرسال معلومات بصرية يمكن أن يصل طولها إلى عشرات الكيلومترات. تنقل موجهات الضوء الضوء بطول موجة يبلغ 0.4-3 ميكرون (400-3000 نانومتر) ، ولكن حتى الآن يتم استخدام النطاق من 600 إلى 1600 نانومتر فقط (جزء من الطيف المرئي ونطاق الأشعة تحت الحمراء). بدأ تاريخ انتقال الألياف الضوئية مع أنظمة الموجات القصيرة (حوالي 800 نانومتر). مع تحسن تقنيات إنتاج البواعث والمستقبلات ، فإنها تتحرك نحو موجات أطول - من خلال 1300 و 1500 إلى 2800 نانومتر ، يمكن أن يكون نقلها أكثر كفاءة. يسمح التردد العالي للتذبذبات الكهرومغناطيسية في هذا النطاق (1013-1014 هرتز) بتحقيق معدلات نقل معلومات تصل إلى تيرابت في الثانية. يتم تحديد حد السرعة الذي يمكن تحقيقه حقًا من خلال المصادر الحالية ومستقبلات الإشارات - في الوقت الحالي ، تم إتقان سرعات تصل إلى عدة جيجابت في الثانية.

هيكل الألياف الضوئية . جهاز توجيه الضوء

جهاز دليل الضوء موضح في الشكل. 1. يسمى الجزء الداخلي من دليل الضوء بالنواة (يُترجم أحيانًا باسم "اللب") ، وهو عبارة عن خيط من الزجاج أو البلاستيك ، والجزء الخارجي هو الكسوة المصنوعة من الألياف الضوئية ، أو ببساطة الكسوة ، وهي عبارة عن نواة خاصة طلاء يعكس الضوء من حوافه إلى المركز.

اعتمادًا على مسار انتشار الضوء ، يتم تمييز الألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع. الألياف متعددة الأوضاع (متعددة الترددات) (MMF - الألياف متعددة الأوضاع) لها قطر أساسي كبير - 50 أو 62.5 ميكرون بقطر غلاف 125 ميكرون أو 100 ميكرون لغلاف 140 ميكرون. الألياف أحادية الوضع (أحادية التردد) (SMF - الألياف أحادية الوضع) يبلغ قطرها الأساسي 8 أو 9.5 ميكرون مع نفس قطر الغلاف. في الخارج ، تحتوي القشرة على طبقة واقية من البلاستيك (طلاء) بسمك 60 ميكرون ، وتسمى أيضًا الغلاف الواقي. يسمى موجه الضوء (قلب في غلاف) مع طبقة واقية بالألياف الضوئية.

تتميز الألياف الضوئية بشكل أساسي بأقطار اللب والكسوة ، وهذه الأبعاد بالميكرومتر مكتوبة في كسور: 50/125 ، 62.5 / 125 ، 100/140 ، 8/125 ، 9.5 / 125 ميكرون. يتم أيضًا توحيد القطر الخارجي للألياف (المغلفة) ؛ في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، تُستخدم الألياف التي يبلغ قطرها 250 ميكرون بشكل أساسي. تُستخدم أيضًا الألياف ذات الطلاء العازل أو ببساطة المخزن المؤقت (العازلة) ، بقطر 900 ميكرون ، المترسبة على طلاء أساسي بحجم 250 ميكرون.

ألياف أحادية الوضع ومتعددة الأوضاع

كما لوحظ ، هناك نوعان من كبلات الألياف الضوئية: الوضع الفردي والوضع المتعدد. الفرق الرئيسي بينهما هو سمك القلب والصدفة. يبلغ سمك الألياف أحادية الوضع عادةً 8/125 ميكرون ، بينما يبلغ سمك الألياف متعددة الأوضاع 50/125 ميكرون. تتوافق هذه القيم مع قطر النواة وقطر اللب والغمد مجتمعين.

لا ينعكس شعاع الضوء الذي ينتشر عبر النواة الرقيقة نسبيًا لكابل أحادي الوضع من الغلاف كما يحدث في النواة السميكة لكابل متعدد الأوضاع. بالنسبة لنقل البيانات ، يستخدم الأخير ضوءًا متعدد الألوان (متعدد الترددات) ، ويستخدم الوضع الفردي ضوءًا بتردد واحد فقط (إشعاع أحادي اللون) ، ومن ثم حصلوا على أسمائهم. يتم إنشاء الإشارة المرسلة بواسطة كابل أحادي الوضع بواسطة الليزر ، وهي موجة ، بالطبع ، بطول واحد ، بينما تحمل الإشارات متعددة الأوضاع التي يتم إنشاؤها بواسطة LED (الصمام الثنائي المنبعث من الضوء) موجات ذات أطوال موجية مختلفة. في الكبل أحادي الوضع ، يتم التخلص فعليًا من توهين الإشارة (فقد طاقة الإشارة). يسمح هذا وعدد من الصفات المذكورة أعلاه للكابل أحادي الوضع بالعمل بنطاق ترددي أعلى من الكبل متعدد الأوضاع ويغطي مسافات أطول 50 مرة.

أوضاع الشعاع

يوضح الشكل انتشار الضوء في الألياف. 2. لكي تنتشر الحزمة على طول الألياف ، يجب أن تدخلها بزاوية لا تتجاوز الزاوية الحرجة بالنسبة لمحور الألياف ، أي يجب أن تسقط في مخروط مدخل وهمي. يسمى جيب هذه الزاوية الحرجة الفتحة العددية للألياف NA.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، يتم وصف انتشار الإشارة في الألياف الضوئية بواسطة معادلات ماكسويل. في معظم الحالات ، يمكن استخدام تقريب البصريات الهندسي. إذا أخذنا في الاعتبار انتشار الإشارة من وجهة نظر البصريات الهندسية ، فإن أشعة الضوء التي تدخل من زوايا مختلفة ستنتشر على طول مسارات مختلفة (الشكل 3). تتوافق الأنماط الأعلى مع دخول الأشعة بزاوية أعلى ، وسيكون لها مزيد من الانعكاسات الداخلية على طول المسار في الألياف وستنتقل في مسار أطول. يعتمد عدد الأنماط لألياف معينة على تصميمها: مؤشرات الانكسار وأقطار القلب والكسوة ، بالإضافة إلى الطول الموجي.

نبضة ضوئية تمر عبر الألياف ستغير شكلها بسبب ظاهرة التشتت - سوف "تشوه". هناك عدة أنواع من التشتت: مشروط ومادة ودليل موجي. تشتت النمط متأصل في الألياف متعددة الأوضاع ويرجع ذلك إلى الوجود عدد كبيرأوضاع مع أوقات انتشار مختلفة. يرجع تشتت المادة إلى اعتماد معامل الانكسار على طول الموجة. ينتج تشتت الدليل الموجي عن عمليات داخل الوضع ويتميز باعتماد سرعة انتشار الأسلوب على طول الموجة.

فقدان الطاقة والإشارة

تُقاس قوة الإشارة الضوئية بوحدات لوغاريتمية تبلغ ديسيبل (ديسيبل لكل ملي واط): 0 ديسيبل لكل مللي واط يتوافق مع إشارة بقوة 1 ميغاواط. تعتبر خسائر (خسارة) الإشارة في أي عنصر توهينًا. ثم سوف يتوافق التوهين الأكبر مع خسائر إشارة أكبر.

عندما تنتشر الحزمة ، فإنها تضعف بسبب التشتت والامتصاص. يحدث الامتصاص - التحويل إلى طاقة حرارية - في شوائب الشوائب ؛ كلما كان الزجاج أنظف ، قلت هذه الخسائر. يحدث التشتت - خروج الأشعة من الألياف - في انحناءات الألياف ، عندما تغادر أشعة الأنماط الأعلى الألياف. يحدث التشتت في كل من microbends وعلى عيوب السطح الأخرى للواجهة بين الوسائط.

بالنسبة للألياف ، يتم تحديد التوهين لكل وحدة طول (dB / km) ، وللحصول على قيمة التوهين لوصلة معينة ، يتم ضرب التوهين لكل وحدة طول بطولها. يميل التوهين إلى النقصان مع زيادة الطول الموجي ، لكن الاعتماد غير متوتر ، كما يتضح من الشكل. 4. إنها تظهر نوافذ الشفافية للألياف متعددة الأوضاع في المناطق ذات الأطوال الموجية 850 µm و 1300 m. بالنسبة للألياف أحادية الوضع ، تكون النوافذ في حدود حوالي 1300 و 1500-1600 ميكرومتر. وبطبيعة الحال ، من أجل زيادة كفاءة الاتصال ، يتم ضبط الجهاز على طول موجي موجود في إحدى النوافذ. يتم استخدام الألياف أحادية الوضع لـ 1550 و 1300 نانومتر ، مع توهين نموذجي لكل وحدة طول يبلغ 0.25 و 0.35 ديسيبل / كم ، على التوالي. تُستخدم الألياف متعددة الأوضاع للموجات 1300 و 850 نانومتر ، حيث يكون التوهين النوعي 0.75 و 2.7 ديسيبل / كم.

في الإرسال البصري ، الأكثر المهام الصعبةمتصلة بأطراف ومفاصل الألياف. هذا هو توليد نبضات ضوئية ومدخلاتها في الألياف ، واستقبال الإشارات وكشفها ، وببساطة توصيل مقاطع الألياف ببعضها البعض. حادث الحزمة على نهاية الليف لا يدخله تمامًا: فهو ينعكس جزئيًا إلى الخلف ، ويتناثر جزء من الطاقة المرسلة على عيوب (خشونة) السطح النهائي ، وجزء منها "يخطئ" بعد المخروط يستقبل الضوء. يحدث الشيء نفسه عند خروج الشعاع من الألياف. نتيجة لذلك ، يتسبب كل مفصل في حدوث خسائر للإشارة المرسلة (عادةً 0.1-1 ديسيبل) ، ويمكن أن يكون مستوى الإشارة المنعكسة في نطاق 15-60 ديسيبل.

عرض النطاق

في معظم التقنيات الحديثة ، يتم نقل المعلومات من خلال الألياف الضوئية باستخدام نبضات في شكل منفصل من مستويين (توجد إشارة - لا توجد إشارة) ، ولا يوجد تناظرية لقطبية الإشارة الكهربائية هنا. يتم تحديد سعة المعلومات لخط ما من خلال عرض النطاق الترددي الخاص به ومخطط التشفير المعتمد. يُعرَّف عرض النطاق الترددي بأنه الحد الأقصى لتردد النبضات المسموعة للمستقبل. عرض النطاق الترددي لخط الألياف محدود بسبب ظاهرة التشتت ، لذلك يعتمد على الطول. هذا ملحوظ بشكل خاص على الألياف متعددة الأوضاع.

بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع ، يرتبط عرض النطاق الترددي BW (MHz) بالطول L (km) من خلال معلمة تسمى النطاق الترددي - A (MHz * km). بالنسبة للألياف أحادية الوضع ، يعتمد عرض النطاق الترددي على التشتت الجزيئي والعرض الطيفي لمصدر SW.

من عرض النطاق الترددي A ، من الممكن تحديد الحد الأقصى للتردد الذي تظل فيه النبضات قابلة للتمييز بعد المرور عبر ألياف بطول معين. من الممكن أيضًا حل المشكلة العكسية - لتحديد الطول الأقصى للألياف التي تنقل نبضات تردد معين. يتم إعطاء العامل A في مواصفات الألياف ويتم تحديده لطول موجة معين. تحتوي الكابلات الحديثة متعددة الأوضاع على A = 160-500 MHz * km. بالنسبة للكابلات الحديثة أحادية الوضع وبواعث الليزر ، فإنها توفر عرض نطاق يبلغ حوالي 1 جيجاهرتز بطول خط يبلغ 100 كم.

يتم تحديد كفاءة عرض النطاق الترددي بواسطة مخطط التشفير المعتمد. على سبيل المثال ، تستخدم تقنية FDDI (و 100BaseFX) التشفير المادي NRZI ، حيث يتم إرسال بت واحد لكل دورة على مدار الساعة. هذا يعني أن كل 4 بتات معلومات مفيدةيتم ترميزها بحرف 5 بت يتم إرساله في 5 دورات. وبالتالي ، فإن عامل استخدام عرض النطاق الترددي هو 4/5 = 0.8 ، ولإرسال البيانات بمعدل 100 ميجابت في الثانية ، يلزم توفير إرسال نبضات بتردد (نطاق) يبلغ 125 ميجاهرتز.

تستخدم تقنيات الأجيال الحديثة إشعاعًا متماسكًا مع تعديل التردد أو مرحلة الإشارة. يحقق هذا إنتاجية تقاس بوحدات جيجابت في الثانية بطول مئات الكيلومترات دون إعادة توليد. الاتجاه الآخر هو تقنية soliton التي تعتمد على إرسال نبضات soliton فائقة القصر (10 ps). تنتشر هذه النبضات دون تشويه في الشكل ، وفي خط مثالي (بدون توهين) ، لا يقتصر نطاق الاتصال على معدلات إرسال جيجابت. بالنسبة لهذه التقنيات ، التي لم ترتبط بعد بالشبكات المحلية ، يتم تحديد عرض النطاق الترددي للخط بطرق أخرى.

مصادر الإشعاع وأجهزة الاستقبال

تستخدم مصابيح LED والليزر أشباه الموصلات كمصادر للإشعاع. مصابيح LED (LED - Light Emissions Diode) هي مصادر غير متماسكة تولد إشعاعًا في منطقة مستمرة معينة من الطيف بعرض 30-50 نانومتر. نظرًا للعرض الكبير لنمط الإشعاع ، يتم استخدامها فقط عند العمل باستخدام الألياف متعددة الأوضاع. تعمل أرخص بواعث في نطاق الطول الموجي 850 نانومتر (بدأت الاتصالات الليفية معهم). يعتبر الإرسال بأطوال موجية أطول أكثر كفاءة ، ولكن بواعث 1300 نانومتر أكثر تعقيدًا وأكثر تكلفة.

الليزر مصادر متماسكة ذات عرض طيفي ضيق للإشعاع (1-3 نانومتر ، أحادي اللون بشكل مثالي). ينتج الليزر شعاعًا ضيقًا ، وهو أمر ضروري للألياف أحادية الوضع. يبلغ الطول الموجي 1300 أو 1550 نانومتر ، ويتم إتقان نطاقات الطول الموجي الأطول. أداء أسرع من مصابيح LED. الليزر أقل متانة من LED وأصعب في إدارته. تعتمد قوة الإشعاع بشدة على درجة الحرارة ، لذلك من الضروري تطبيقه ردود الفعللضبط التيار. مصدر الليزر حساس للانعكاسات الخلفية: الشعاع المنعكس ، الذي يسقط في نظام الرنين البصري لليزر ، اعتمادًا على تحول الطور ، يمكن أن يسبب توهينًا وتضخيمًا لإشارة الخرج. يمكن أن يؤدي عدم استقرار مستوى الإشارة إلى عدم تشغيل الاتصال ، وبالتالي فإن متطلبات مقدار الانعكاسات الخلفية في الخط لمصادر الليزر أكثر صرامة. تُستخدم مصادر الليزر أيضًا للعمل مع الألياف متعددة الأوضاع (على سبيل المثال ، في تقنية Gigabit Ethernet 1000Base-LX). الخصائص الطيفية للبواعث موضحة في الشكل. 5.

المرسل (المرسل) هو باعث بدائرة تحكم. المعلمات الضوئية الرئيسية لجهاز الإرسال هي طاقة الخرج وطول الموجة والعرض الطيفي والسرعة والمتانة. يشار إلى قدرة المرسلات لأنواع معينة من الألياف (بحيث لا يتم أخذ نمط الإشعاع وقطر وفتحة المرسل في الاعتبار في الحسابات).

المستقبل هو كاشف مع مكبر للصوت. يتميز جهاز الاستقبال بنطاق الموجات المستقبلة والحساسية والمدى الديناميكي والسرعة (عرض النطاق الترددي).

نظرًا لأن الشبكات تستخدم دائمًا الاتصالات ثنائية الاتجاه ، يتم أيضًا إنتاج أجهزة الإرسال والاستقبال - وهي مجموعة من المرسل والمستقبل مع معلمات متفق عليها.

طوبولوجيا الاتصال

يسمح نقل الألياف الضوئية بمجموعة متنوعة من طبولوجيا توصيل الجهاز. يحتوي كل جهاز به منفذ بصري ، كقاعدة عامة ، على جهاز استقبال وجهاز إرسال ، ولكل منهما موصل خاص به. أبسط طوبولوجيا التوصيل وأكثرها شيوعًا هي من نقطة إلى نقطة (الشكل 6 ، أ). هنا ، يتم توصيل خرج جهاز الإرسال لمنفذ واحد بواسطة ليف منفصل بإدخال المنفذ المقابل. وبالتالي ، هناك حاجة إلى نوعين من الألياف للاتصال المزدوج. على أساس الاتصال من نقطة إلى نقطة ، يتم أيضًا بناء طوبولوجيا على شكل نجمة (الشكل 6 ، ب) ، حيث يتم توصيل كل منفذ للجهاز المحيطي بواسطة زوج من الألياف بمنفذ منفصل للجهاز المركزي ، والتي يمكن أن تكون نشطة أو سلبية.

في الهيكل الدائري ، يتم توصيل خرج جهاز الإرسال لجهاز واحد بإدخال الجهاز التالي ، وهكذا حتى يتم إغلاق الحلقة. لكي تتبادل الأجهزة المعلومات حول الحلقة ، يجب تشغيلها جميعًا وبترتيب جيد ، وهو أمر لا يمكن تحقيقه دائمًا. لتمكين الحلقة من العمل عند إيقاف تشغيل الأجهزة الفردية ، يتم استخدام مفاتيح التحويل.

مفتاح التحويل (المعروف أيضًا باسم التمريري) هو جهاز يتم التحكم فيه بشكل سلبي متصل بين خطوط الاتصال وموصلات جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال بالجهاز. لديها مرآة دوارة تعمل بالكهرباء. في حالة وجود جهد تحكم ، تفترض المرآة موقعًا يتم فيه تضمين المحطة في الحلقة. في حالة عدم وجود جهد تحكم ، تدور المرآة بحيث تغلق الحلقة وتتجاوز المحطة ، بالإضافة إلى ذلك ، لأغراض الاختبار ، يتم توصيل مستقبل المحطة بجهاز الإرسال الخاص بها. تعني سلبية المحول أنه لا يحتوي على أجهزة استقبال وأجهزة إرسال خاصة به ، فضلاً عن دوائر تضخيم.

باستخدام الألياف الضوئية ، من الممكن أيضًا تنظيم وسيط نقل مشترك على عناصر فاصلة سلبية بحتة. الفاصل (المقرن) هو جهاز متعدد المنافذ لتوزيع الطاقة الضوئية (هنا ، المنفذ يعني نقطة اتصال ليفية). يتم توزيع الطاقة الضوئية التي تصل إلى أحد المنافذ بين المنافذ الأخرى بنسبة محددة مسبقًا. في الفاصل الحقيقي ، توجد أيضًا خسائر متنوعة ، وبالتالي فإن مجموع قوى الخرج سيكون أقل من المدخلات. يتم تنفيذ المقسمات عن طريق لحام عقدة من عدة ألياف أو باستخدام عاكسات اتجاهية.

يحتوي جهاز T-splitter على 3 منافذ ، ويمكن توصيل هذه المقسمات في سلسلة ، مما يحقق طوبولوجيا ناقل مع وصول مشترك إلى وسيط الإرسال (الشكل 7 ، أ). من أجل توصيل عدد كبير من المشتركين في سلسلة ، يجب أن تمرر الفواصل معظم الطاقة ، ويجب أن يتم تفريع جزء أصغر إلى المشتركين. يجب توصيل المشتركين الذين لديهم موصلات منفصلة لجهاز الاستقبال وجهاز الإرسال بالحافلة من خلال مقسمات إضافية. في مثل هذه الشبكة ، تعتمد الخسائر بين المشتركين بشدة على الموقف النسبيفي السلسلة ، مما أدى إلى زيادة متطلبات عرض النطاق الديناميكي للمستقبلات. مع زيادة عدد المشتركين ، تزداد الخسائر (بالديسيبل) خطيًا.

في فاصل النجوم ، يتم توزيع الضوء الذي يدخل إلى أي منفذ بالتساوي بين جميع المنافذ الأخرى. بناءً على هذا التقسيم ، يمكن بناء شبكة ذات وسيط إرسال مشترك وطوبولوجيا نجمية. هنا ، يكون نمو الخسائر مع زيادة عدد العقد أبطأ بكثير ، لكن المردود هو حاجة كبيرة لكابل ضوئي - ينتقل زوج من الألياف من كل مشترك إلى الخائن. على التين. يوضح الشكل 8 الرسوم البيانية للخسارة للشبكات المثالية (بدون خسائر داخلية) والمقسمات الحقيقية من كلا النوعين.

كابلات الألياف البصرية

الألياف الضوئية نفسها هشة للغاية وتتطلب حماية إضافية من التأثيرات الخارجية لاستخدامها. تستخدم الكابلات المستخدمة في الشبكات أليافًا أحادية النمط ومتعددة الأنماط بقطر اسمي للغلاف يبلغ 125 ميكرومتر في طلاء بقطر خارجي يبلغ 250 ميكرومتر ، ويمكن أيضًا وضعه في مخزن مؤقت 900 ميكرومتر. يتكون الكبل البصري من ألياف واحدة أو أكثر ، وغلاف عازل ، وعناصر طاقة ، وغلاف خارجي. اعتمادًا على التأثيرات الخارجية التي يجب أن يتحملها الكابل ، يتم تصنيع هذه العناصر بطرق مختلفة.

وفقًا لعدد الألياف ، تنقسم الكابلات إلى simplex (أحادي النواة) ، مزدوج (2 ألياف) ومتعدد النواة (من 4 إلى عدة مئات من الألياف). في الكابلات متعددة النواة ، عادةً ما يتم استخدام نفس النوع من الألياف ، على الرغم من أنه يمكن لمصنعي الكابلات إكمالها اختياريًا بألياف مختلفة (MM و SM). ترد القيم التقريبية للمعلمات الرئيسية للألياف في الجدول. 1. الألياف متعددة الأوضاع الأكثر شيوعًا هي 62.5 / 125 ، لكن عرض النطاق الترددي عند 850 نانومتر لا يكفي لتنظيم شبكات أساسية طويلة لشبكة جيجابت إيثرنت. الألياف 100/140 المحددة في مواصفات Token Ring لها تطبيقات محدودة. من الألياف أحادية الوضع ، فإن 9.5 / 125 من الألياف أكثر شيوعًا.

الجدول 1. المعلمات الرئيسية للألياف الضوئية

الأساسية	التوهين ، ديسيبل / كم	عرض النطاق الترددي ، ميغا هرتز * كم	فتحة
µm / m	850 نانومتر	1300 نانومتر	1550 نانومتر	850 نانومتر	1300 نانومتر	غير متوفر
8/125, 9,5/125	-	0,35	0,22	-	-	0,1
50/125	2,7-3,5	0,7-2,0	-	400-500	400-500	0,20
62,5/125	2,7-3,5	0,7-1,5	-	160-200	400-500	0,275
100/140	5,0	4,0	-	100	200	0,29

تتميز الألياف أيضًا بمعلمات هندسية أكثر تفصيلاً (تفاوتات القطر ، اللامركزية ، عدم الاستدارة) ، لكنها غير معطاة في جميع المواصفات ولا تظهر في الحسابات العملية.

يفصل المخزن المؤقت الألياف عن باقي الكبل وهو الخطوة الأولى في حماية الألياف. قد يكون المخزن المؤقت كثيفًا أو مجوفًا. يملأ المخزن المؤقت المحكم المساحة الكاملة بين الغلاف والغلاف الخارجي للكابل. أبسط عازلة كثيفة عبارة عن لوح ألياف 900 ميكرومتر. يوفر ضيق العازلة حماية جيدةالألياف الناتجة عن الضغط والصدمات ، فإن الكابل الموجود في المخزن المؤقت الكثيف له قطر صغير ويسمح بالانحناء بنصف قطر صغير نسبيًا. عيب المخزن المؤقت الكثيف هو حساسية الكبل للتغيرات في درجة الحرارة: نظرًا للاختلاف في معاملات التمدد الحراري للألياف (الصغيرة) والمخزن المؤقت (الكبير) ، عند التبريد ، سوف "يتقلص" المخزن المؤقت ، والذي يمكن تسبب الألياف الدقيقة. يتم استخدام الكابلات المشدودة بشكل أساسي في الأسلاك الداخلية وأسلاك التصحيح.

في كبل به عازلة مجوفة (أنبوب فضفاض) ، توجد الألياف بحرية في تجويف المخزن المؤقت - أنبوب بلاستيكي صلب ، ويمكن ملء المساحة المتبقية بهلام كاره للماء. هذا التصميم أكثر ضخامة ، لكنه يوفر مقاومة أكبر للتمدد وتغيرات درجة الحرارة. هنا ، تكون الألياف أطول من طول الكابل ، لذلك لا تؤثر تشوهات الغلاف على الألياف نفسها. اعتمادًا على الغرض من الألياف وعددها ، قد يكون لملف المخزن المؤقت شكل مختلف.

توفر عناصر القوة القوة الميكانيكية المطلوبة للكابل ، مع تحمل أحمال الشد. تستخدم خيوط كيفلر ، وقضبان الصلب ، وخيوط الأسلاك الفولاذية الملتوية ، وقضبان الألياف الزجاجية كعناصر حاملة. يتمتع السلك الفولاذي بأعلى قوة ، ولكنه لا ينطبق على الكابلات غير الموصلة تمامًا.

يحمي الغلاف الخارجي هيكل الكابل بالكامل من الرطوبة والتأثيرات الكيميائية والميكانيكية. قد تحتوي الكابلات شديدة التحمل على غمد متعدد الطبقات ، بما في ذلك سترة مدرعة مصنوعة من شريط أو سلك فولاذي. تحدد مادة الغلاف الخارجي حماية الكابل من تأثيرات معينة ، فضلاً عن قابلية احتراق الكابل وسمية الدخان المنبعث.

في الشبكات المحلية ، يتم استخدام الكابلات الخارجية والداخلية والعالمية. تتميز الكابلات الخارجية بحماية أفضل من التأثيرات الخارجية ونطاق أوسع درجات الحرارة المسموح بها. ومع ذلك ، وفقًا للوائح مكافحة الحرائق ، لا يُسمح باستخدامها في الداخل ، حيث تنبعث منها دخانًا سامًا عند الاحتراق. لهذا السبب ، فإن طول وضع مثل هذا الكبل في الداخل يقتصر على 15 مترًا - ثم يجب أن يكون هناك صندوق تقاطع يتم فيه توصيل هذا الكبل بالكابل الداخلي.

الكبل الداخلي (الداخلي) ، كقاعدة عامة ، أقل حماية ، ولكنه أيضًا أقل خطورة في حالة نشوب حريق. يجمع الكبل العالمي (الداخلي / الخارجي) بين الأمان وعدم الإضرار ، ولكنه ، كقاعدة عامة ، أغلى من الكبل المتخصص.

يتكون كابل التوزيع من ألياف متعددة (غالبًا في مخزن مؤقت 900 ميكرومتر) وينتهي بـ مربعات تقاطعوالألواح التي تحمي علبها الألياف من الإجهاد الميكانيكي.

في المواصفات العامة للكابل البصري ، يشار إلى المعلمات التالية (معطاة بدون تسميات ، بسبب غموض التصنيفات المختلفة):

الغرض من الكبل وأمنه ووجود عناصر موصلة للكهرباء وطرق التمديد الممكنة ؛

نوع وعدد الألياف.

نطاق درجة حرارة التشغيل ، يمكن تحديده بشكل منفصل للوضع والتشغيل ؛

قوة الشد المسموح بها

الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء ، الدائم والقصير ؛

أقصى قوة تكسير

للكابلات ذاتية الدعم - طول الامتداد والترهل ؛

القطر الخارجي؛

الوزن الخطي

مادة الغلاف الخارجي و / أو خصائص القابلية للاشتعال.

يتطلب الكبل البصري عناية خاصة عند التمديد. إذا كان انتهاك الحد الأقصى للمعلمات المسموح بها للكابل النحاسي (القوى ، نصف قطر الانحناء) يؤدي عادةً فقط إلى تدهور الأداء (نادرًا ما يحدث كسر في الموصلات) ، فإن مثل هذه "الحريات" مع الكبل البصري يمكن أن تؤدي إلى انقطاع (شبك) الألياف. بالنسبة للألياف العارية ، فإن الجمع بين التمدد والانحناء أمر خطير بشكل خاص ؛ في الكابلات ذات المخزن المؤقت المجوف ، يتم تخفيف التأثير على الألياف.

الكبل البصري حساس لدرجات الحرارة القصوى ، مما قد يؤدي إلى تكسير الألياف. بالنسبة للكابلات التي تغادر الغرفة ، يجب أيضًا مراعاة تأثير التدرج في درجة الحرارة: يتم تحديده من خلال اختلاف درجات الحرارة ، والذي يمكن أن يصل إلى 50-60 درجة مئوية في الشتاء ، وسماكة الجدران. إذا كان التدرج مرتفعًا جدًا ، فقد تتكسر الألياف.

للعمل في ظروف مستوى عاليتطلب الإشعاع كابلًا خاصًا. يمكن أن يؤدي ارتفاع مستوى الإشعاع إلى حجب الألياف ، مما يؤدي إلى زيادة توهين الإشارة في الكابل. يؤدي التشعيع شديد التحمل (الانفجار النووي) إلى زيادة حادة في التوهين ، والتي تنخفض أضعافًا مضاعفة إلى مستوى مقبول بمرور الوقت المحسوب بعشرات الدقائق.

موصلات بصرية

تم تصميم الموصلات الضوئية لتوصيل الألياف بشكل دائم أو مؤقت أو قابل للفصل أو دائم. معلمات الموصل الرئيسية هي فقدان الإدراج ومستوى الانعكاس الخلفي. لتقليل الخسائر ، يلزم تحديد المواقع الدقيقة للألياف المتصلة ، وهو أمر يصعب تحقيقه بشكل خاص للألياف أحادية النمط. خاصية مهمةالموصلات هي نطاق درجة حرارة التشغيل - يؤثر التمدد الحراري لمكونات الموصل على دقة تحديد المواقع مع كل العواقب المترتبة على ذلك. ترتبط جودة التوصيلات ارتباطًا وثيقًا بتكلفة الموصلات أو المعدات المطلوبة ، لذلك لا يوجد موصل مثالي لجميع المناسبات.

موصلات من قطعة واحدة

أفضل اتصال دائم بالألياف هو الربط - فقدان الإدراج< 0,05 дБ (типовое значение 0,01 дБ для ММ и 0,02 дБ для SM), обратные отражения < -60 дБ. Перед сваркой волокна освобождают от защитного буфера и специальным инструментом скалывают кончики. Качественно выполненная операция обеспечивает довольно гладкую поверхность скола, перпендикулярную к оси волокна. Подготовленные концы закрепляют в сварочном аппарате, который осуществляет точное позиционирование волокон по трем координатам. Позиционирование выполняется автоматически или вручную, под наблюдением через микроскоп. После точного совмещения стык сваривается электрической дугой. Место сварки из-за внутренних напряжений становится довольно хрупким. От излома его защищают специальной термоусадочной трубочкой, которую надевают на один из концов до сварки, а потом надвигают на стык и нагревают. Главный недостаток сварки –zнеобходимость использования дорогого оборудования и источника электроэнергии на месте работы. Сварка в основном применяется при прокладке длинных линий, где عدد كبير منتضع الوصلات قيودًا شديدة على توهين الإدخال وموثوقية التوصيل.

للتوصيل الدائم (الدائم أو المؤقت) للألياف دون استخدام اللحام ، يتم استخدام الموصلات الميكانيكية - الوصلات. تقوم الوصلات بتثبيت الألياف في الموضع المطلوب وعادة ما تكون قابلة لإعادة الاستخدام.

موصلات التوصيل

للتوصيل القابل للفصل من نوعين من الألياف ، يتم تثبيت الموصلات (الموصل) في نهاياتها ، وهي أيضًا مقابس يتم إدخالها في مآخذ التوصيل (الوعاء) ، كما هو موضح في الشكل. تسع.

يحتوي الموصل على عنصرين وظيفيين - الجسم 1 والطرف 2. يضمن الطويق ، المثبت على الألياف ، تمركزه في التجويف. تعتمد جودة الموصل - مستوى فقد الإدخال - على المادة التي صنع منها الطرف. أفضل مادةيعتبر السيراميك - فالتفاوتات الخاصة بمعالجته ضئيلة ، ثم يأتي الفولاذ المقاوم للصدأ ، وأرخص الموصلات لها طرف بلاستيكي. يتم تثبيت الألياف في الحافة إما بغراء إيبوكسي ( بالطريقة التقليدية) ، أو عن طريق العقص الجزء المقابل من الموصل. يتم تقطيع طرف الألياف البارز وصقله. يعد التلميع ضروريًا حتى يمكن للألياف المتصلة في الأطراف أن تتحرك بالقرب من بعضها البعض قدر الإمكان ، ولن تؤدي خشونة السطح إلى حدوث خسائر إضافية. يتم تثبيت الطرف في جسم الموصل إما بلا حراك أو بحرية نسبيًا. يقوم الغلاف بتأمين الكبل وإصلاح الموصل في المقبس. يحمي التثبيت "العائم" للطرف المفصل البصري نفسه من التأثيرات الميكانيكية على جسم الموصل والكابل.


	أرز. تسعتوصيل القابس

يتكون المقبس من مبيت وإدخال مركزي. يضمن جسم المقبس 3 تثبيته على اللوحة وتثبيت الموصلات. يوفر الإدخال 4 تحديد الموضع المتبادل الدقيق لنصائح الموصل. تؤثر مادة الإدخال - السيراميك أو البرونز - على جودة الموصل ، وتحدد دقة تحديد موضع الأطراف.

وفقًا لنوع الألياف المتصلة ، يتم تقسيم الموصلات إلى وضع فردي ووضع متعدد. بالنسبة للوضع الفردي ، يلزم دقة تحديد المواقع الأعلى (نظرًا لصغر قطر قلب الألياف). هنا ، للحصول على أطراف الموصلات وإدخالات التمركز في المقابس ، يتم استخدام السيراميك عادةً ، والذي يمكن معالجته بتفاوتات أقل. غالبًا ما تستخدم هذه الموصلات طرفًا "عائمًا" بحيث لا تؤدي التأثيرات الميكانيكية الخارجية إلى انتهاك الموضع. تتوفر بعض أنواع الموصلات بأقطار داخلية 125 ، و 126 ، و 127 ميكرون للحلقة الداخلية بسبب تفاوت القطر الخارجي لكسوة الألياف. عند تجميع هذه الموصلات ، يتم تحديد طرف بقطر أدنى يمكن وضعه على ألياف معينة. هذا يحقق أعلى دقة تمركز. لتقليل مستوى الانعكاسات الخلفية ، يتم استخدام رؤوس مصقولة للكمبيوتر الشخصي و APC. لهذه الأسباب ، تكون الموصلات أحادية الوضع أكثر تكلفة من الموصلات متعددة الأوضاع من نفس النوع. يمكن أيضًا استخدام الموصلات أحادية الوضع للألياف متعددة الأوضاع ، ولكن هذا مكلف للغاية.

الترميز اللوني (وفقًا لـ TIA / EIA-568A): الموصلات والمحولات متعددة الأوضاع (المقابس) - بيج ، أحادي الوضع - أزرق.

حسب عدد الألياف الموصلة ، تنقسم الموصلات إلى أحادية (بسيطة) ومزدوجة (مزدوجة) ومتعددة القنوات.

تستخدم الموصلات الضوئية آليات قفل مختلفة. المزالج الدوارة - الحربة (ST) أو اللولب (FC) - لا تسمح بتصميمات مزدوجة ذات منفذ عالي الكثافة. أكثر ملاءمة هو قفل الدفع والسحب المستخدم في موصلات SC (مفردة ومزدوجة).

أنواع الموصل

على عكس الموصلات الكهربائية ، التي يستخدم نوع واحد منها (RJ-45) بشكل أساسي في الشبكات ، هناك عدد كبير جدًا من الموصلات الضوئية ، والتي لا تساهم في تقليل تكلفة التقنيات الضوئية. تختلف الموصلات في الحجم والشكل وطريقة تثبيت الموصل وعدد الألياف المتصلة وسهولة التركيب والأداة المطلوبة لذلك. على الرغم من البساطة الواضحة لهذه المنتجات ، إلا أنها تمتلكها غالي السعربسبب الحاجة إلى استخدام الآلات الدقيقة للأجزاء المصنوعة من مواد خاصة للحصول على خصائص مستقرة وقابلة للتكرار عند التشغيل في نطاق درجة حرارة معينة مع عدد مضمون من دورات التوصيل.

موصلات ST - أحادية ، مع تثبيت حربة ، قطر طرف 2.5 مم. خسارة 0.2-0.3 ديسيبل. تكنولوجيا التثبيت - الغراء أو التجعيد. يُسمح بمعايير SCS إذا تم استخدامها بالفعل في الخطوط الحالية ، ولكن لا يوصى بها للتركيبات الجديدة.

موصلات XTC - متغير ST مع تقنية Light Crimp (فقط لـ MM).

موصلات SC و SC Duplex - أحادية ومزدوجة ، قطر طرف 2.5 مم. خسارة 0.2-0.3 ديسيبل. في الإصدار المزدوج ، يتم دمج موصلين فرديين مع مقطع مشترك أو متصلان بمزالج. تثبيت الدفع والسحب. تقنية التركيب - غراء أو تجعيد (تجعيد خفيف - فقط لـ MM). توصي معايير SCS باستخدام هذا النوع في بناء الكابلات.

موصلات FC و FC / PC - أحادية ، ملولبة ، قطر طرف 2.5 مم. خسارة 0.2-0.3 ديسيبل. الطرف "يطفو" بالنسبة إلى الجسم وغمد الكابل. مقاومة الاهتزاز والصدمات. فعالة في الألياف SM ، المستخدمة في الأنظمة على متن الطائرة ، تلفزيون الكابل، الاتصالات لمسافات طويلة.

موصلات FDDI - مزدوجة ، قطر طرف 2.5 مم. التثبيت بمزالج زنبركية جانبية. الموصل ضخم للغاية ومكلف. وهي تستخدم أساسا في معدات FDDI. يمنع نظام المفاتيح إساءة استخدام المنافذ.

الموصلات التي تمت مناقشتها أعلاه ضخمة نوعًا ما مقارنة بالموصلات الكهربائية ؛ فهي لا تسمح بتوفيرها كثافة عاليةالموانئ على لوحات التوزيع والمعدات النشطة. حاولت TIA / EIA ، عند تطوير الإصدار الجديد من معيار 568 ، التخلص من تنوع الموصلات وتحديد موصل مزدوج للمشترك صغير الحجم يتناسب مع أبعاد مقبس RJ-45 صغير الحجم. ومع ذلك ، لم يكن من الممكن قبول أي مما يلي.

موصل MT-RJ هو موصل مزدوج مضغوط بطرف من الألياف مع شظايا ألياف ثابتة ومصقولة. يتم تثبيته بمزلاج مصمم للأسلاك داخل المبنى. للإنهاء ، من الضروري فقط تجريد الكابل ، وقطع الألياف وتثبيتها ، كما هو الحال في لصق CoreLink. متاح للألياف أحادية النمط ومتعددة (50/125 و 62.5 / 125). مستوى انعكاس الظهر -44 ديسيبل.

يعد موصل OptiSPEED LC إصدارًا مضغوطًا مزدوجًا محسنًا من SC. التثبيت مشابه لـ RJ-45. خسارة 0.1-0.2 ديسيبل ، انعكاسات خلفية -20 ديسيبل لـ MM و -40 ديسيبل لـ SM.

موصل OPTI-JACK - مزدوج ، قطر الطرف 2.5 مم ، تثبيت مشابه لـ RJ-45. فقدان 0.19 ديسيبل SM و 0.16 ديسيبل ملم ، انعكاسات خلفية -20 ديسيبل لـ MM و- (40-45) ديسيبل لـ SM.

موصل SCDC و SCQC - عروات مزدوجة و 4 قنوات ، 2.5 مم ، تثبيت مشابه لـ SC.

يكون الموصل VF-45 مزدوجًا ، ويستخدم ملف تعريف على شكل حرف V لمحاذاة الألياف. رخيصة وسهلة التركيب ، خسارة 0.3 ديسيبل ، انعكاسات خلفية -20 ديسيبل.

المقابس والمحولات والمخففات

لكل نوع من أنواع الموصلات المذكورة أعلاه ، تتوفر المقابس بخيارات تركيب متنوعة (خيط ، شفة ، مزلاج ، إلخ). لتوصيل أنواع مختلفة من الموصلات ، يتم استخدام مآخذ مهايئ ، من بينها SC-ST SC-D-ST و SC-FC شائعة.

محولات FM (أنثى - ذكر - مقبس) هي مزيج من موصل ومقبس مع قطعة ألياف ملتصقة. مصممة لحماية أجهزة استقبال وبواعث معدات القياس من ضرر ميكانيكيمع وصلات وانفصال متعددة.

تُستخدم محولات الألياف العارية لإنهاء الألياف مؤقتًا (لأغراض الاختبار). لديهم موصل مع جزء من الألياف المصقولة وحافظة ألياف محملة بنابض. عند الضغط على الزر ، يفتح المزلاج ويمكن إدخال الألياف المشقوقة مسبقًا في المحول. عندما يتم تحرير الزر ، يتم إصلاح الألياف. توفر المحولات خسارة إدخال قدرها 1 ديسيبل.

المخففات متوفرة كمقابس (ثابتة وقابلة للتعديل) أو محولات FM (ثابتة فقط).

تقنيات الشبكات

تشمل خيارات اتصالات الألياف البصرية جميع تقنيات الشبكات الكلاسيكية والحديثة. كل واحد منهم لديه مميزات: الطول الموجي ، أسلوب الإرسال (MM / SM) ، حدود زمن التوهين والانتشار ، متطلبات عرض النطاق ، نوع الموصلات المستخدمة.

إيثرنت 10/100/1000 ميجابت في الثانية

بالنسبة إلى تقنية Ethernet (10 ميجابت / ثانية) ، الموصل البصري القياسي ، اكتب ST. بالنسبة إلى تقنية Fast Ethernet (100 ميجابت في الثانية) وتقنية Gigabit Ethernet (1000 ميجابت في الثانية) ، تُستخدم موصلات SC بشكل أساسي ؛ وفي المعدات الحديثة ، يتم استخدام MT-RJ مضغوط.

يوفر معيار 802.3 للوسائط الضوئية بسرعة 10 ميجابت في الثانية طول موجة يبلغ 850 نانومتر (مم). هناك أجهزة خاصة عند 1310 نانومتر مستخدمة مع كل من SM و MM. من المخطط تقديم معيار lOOBaseSX بديل الموجة القصيرة (850 نانومتر) للاتصال بألياف MM عبر مسافات قصيرة. يحتوي Gigabit Ethernet على إصدارات بصرية بأطوال موجية مختلفة: lOOOBaseSX - 850 نانومتر (MM) ، lOOOBaseLX - 1300 نانومتر (MM / SM) ، lOOOBaseLH (مقترح) - 1310 أو 1550 نانومتر (SM). تتسبب أجهزة إرسال الليزر Gigabit Ethernet في تأخير الوضع التفاضلي عند العمل باستخدام ألياف MM.

استخدمت شركة IBM في الأصل ألياف 100/140 نانومتر مم. يحدد معيار 802.5 ألياف MM بطول موجة 850 نانومتر. في الحلول "الخاصة" ، يتم استخدام الألياف SM ، 1310 نانومتر ، أيضًا. تتوفر المنافذ الضوئية في عدد من المحاور. لتوصيل المنافذ العادية ، هناك أجهزة TRC (محول Token Ring) و TRX (Token Ring Extender).

كأجهزة إرسال ، يتم استخدام مصابيح LED أو ليزر عند 1300 نانومتر. الموصلات - مزدوجة محددة FDDI MIC أو ST أو SC أرخص. لضمان استمرارية الحلقة عند إيقاف تشغيل المحطة ، يتم استخدام مفاتيح التحويل OVR (مفتاح التحويل البصري) للحلقة المزدوجة - الحلقات المزدوجة. في بعض الأحيان ، تُستخدم أيضًا أدوات التقسيم (coupler) - بمساعدتهم ، يتم دمج إشارات المرسل والمستقبل في ألياف واحدة.

تستخدم أجهزة الصراف الآلي SONET (OS-1 ، 3 ، 12 ، 24 48 ، 192) أو SDH (STM-1 ، 4 ، 8 ، 16 ، 64) كواجهة فعلية. في الشبكات المحلية ، تعد OC-3 / STM-1 (155 ميجابت في الثانية) و OC-12 / STM-4 (622 ميجابت في الثانية) أكثر شيوعًا ، حيث يمكن استخدام كل من المنافذ متعددة الأوضاع والوضع الفردي. في القنوات الأعلى المستخدمة في محولات الشبكة العالمية ، يتم استخدام مصادر الليزر وألياف SM فقط.

الوسيط البصري لشبكات ARCnet موجود فقط في تنفيذه بواسطة Thomas-Conrad - TCNS. معدل النقل 100 ميجابت في الثانية ، الهيكل النجمي مع المحور النشط ، موصلات ST ، الألياف متعددة الأوضاع حتى 900 متر.

مقارنة مع الكابلات الكهربائية، تركيب البصريات له خصائصه الخاصة التي تؤثر على تصميم منافذ المشتركين وصناديق التوصيل ولوحات التوصيل. هذا يرجع إلى تقنية تثبيت الموصلات. في عملية الإنهاء ، يجب التقاط الموصل ووضعه في فرن التجفيف وآلة التلميع. للقيام بذلك ، يجب قطع كابل متعدد النواة بطول طويل ، وترك 1-1.5 متر من الألياف العارية (في طبقة واقية). بعد الإنهاء ، يجب وضع هذه التجاوزات في أدلة خاصة بنصف قطر انحناء لا يقل عن 30 مم وحمايتها من التلف. بسبب أدلة التمديد هذه ، تحتوي مآخذ المشترك الضوئية على غلاف أكبر مقارنةً بالمقابس الكهربائية.

تم تصميم لوحات التوصيل لإصلاح الوصلات أو الوصلات الملحومة عند تقاطعات الكابلات متعددة النواة.

صناديق التوصيل الضوئية مخصصة لقطع الكابلات متعددة النواة وإنهاء العديد من كابلات المشتركين في نقاط التوزيع.

الادوات، مواد مستهلكةوالأجهزة

للعمل مع كابل الألياف البصريةمطلوب أجهزة واسعة ومكلفة. لقطع الكابل استخدم:

سكين لقطع قذائف.

مقص خاص لقطع خيوط كبل كيفلر المقواة ؛

قواطع للكابلات وقواطع للأسلاك ومناشير لقطع كابلات الطاقة وإزالة درع الكابلات ؛

أدوات تقشير لإزالة الأغلفة الخارجية ؛

قواطع لتجريد طلاء 250 ميكرومتر و 900 ميكرومتر عازلة من الألياف القياسية 125 ميكرومتر ؛

الساطور الليفي في الطلاء الأولي (250 ميكرومتر) والعازل (900 ميكرومتر).

تعتمد مجموعة الأدوات والمواد الخاصة بالإنهاء على نوع الموصل الذي يتم تثبيته:

قواطع للطلاء الخارجي (3 مم) والعازل (250 و 900 ميكرون) ؛

مكشكش لحلقة تضغط على المخزن المؤقت الخارجي (3 مم) ؛

وسيلة لتثبيت الألياف في الحافة - مجموعة من الإيبوكسي ؛

أداة الكاتب - قاطعة مصنوعة من اكسيد الالمونيوم أو الياقوت في حامل لشق الألياف الخارجة من طرف الموصل ؛

تشق ميكانيكي (أداة تشققي) - المزيد أداة يدويةلقطع النهايات.

للعمل مع الموصلات الضوئية ، يتم استخدام عوامل التنظيف:

كحول الأيزوبروبيل لتنظيف الموصلات ، مناديل تنظيف خالية من النسالة ؛

مناديل كحولية (مشربة بكحول الأيزوبروبيل) ؛

علب هواء مضغوطلتنظيف الموصلات من الغبار.

يتطلب الترابط الإيبوكسي:

مركب - غراء إيبوكسي ومقوي ؛

حاوية وملعقة خشبية للخلط ؛

حقنة بإبرة (قضيب Eroxy) لحقن المركب ؛

فرن التجفيف.

بالنسبة لألياف اللحام ، يتم استخدام آلات اللحام بدرجات متفاوتة من أتمتة العمليات ، والتي تختلف بشكل كبير في القدرات والأداء والسعر. الخصائص الرئيسية للأجهزة:

أنواع الألياف الملحومة

فقدان الاتصال النموذجي: 0.12 إلى 0.02 ديسيبل لـ SM ، من 0.05 إلى 0.01 ديسيبل للألياف MM ؛

طريقة محاذاة الألياف: يدوية (تحت إشراف من خلال مجهر مدمج) أو أوتوماتيكية.

للتحكم في معلمات الخطوط البصرية وقياسها ، يتم استخدام أجهزة مختلفة:

بصري.

مجموعات القياس

مختبري الهاتف

مؤشرات الإشعاع

متر طول الخط البصري.

أجهزة قياس الانعكاس البصري OTDR (مقياس انعكاس المجال الزمني البصري) ؛

محددات الخلل.

خاتمة

في الختام ، سيكون من المستحسن النظر في مزايا وعيوب خطوط اتصال الألياف الضوئية.

مزايا

عرض النطاق الترددي العريض - نظرًا لتردد الموجة الحاملة العالي للغاية البالغ 1014 هرتز. هذا يجعل من الممكن نقل دفق بيانات من عدة تيرابت في الثانية عبر ألياف بصرية واحدة. يعد النطاق الترددي العالي أحد أهم مزايا الألياف الضوئية على النحاس أو أي وسيلة نقل أخرى.

يسمح لك المستوى المنخفض للضوضاء في كابل الألياف الضوئية بزيادة عرض النطاق الترددي عن طريق إرسال تعديلات إشارة مختلفة مع تكرار منخفض للشفرة.

مناعة عالية ضد الضوضاء. نظرًا لأن الألياف مصنوعة من مادة عازلة للكهرباء ، فهي محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي من أنظمة الكابلات النحاسية المحيطة والمعدات الكهربائية القادرة على إحداث إشعاع كهرومغناطيسي (خطوط الطاقة وتركيبات المحركات وما إلى ذلك). في الكابلات متعددة الألياف ، لا توجد مشكلة تداخل أيضًا. الاشعاع الكهرومغناطيسيمتأصل في الكابلات النحاسية متعددة الأزواج.

عزل كلفاني لعناصر الشبكة. تكمن ميزة الألياف الضوئية في خاصية العزل. تساعد الألياف في تجنب الحلقات الأرضية الكهربائية التي يمكن أن تحدث عند توصيل جهازي شبكة على شبكة كمبيوتر غير معزولة. الكابلات النحاسية، لها أسس في نقاط مختلفة من المبنى ، على سبيل المثال ، في طوابق مختلفة. في هذه الحالة ، يمكن أن يحدث فرق كبير محتمل ، مما قد يؤدي إلى إتلاف معدات الشبكة. بالنسبة للألياف ، فإن هذه المشكلة ببساطة غير موجودة.

عمر خدمة طويل. بمرور الوقت ، سوف تتحلل الألياف. هذا يعني أن التوهين في الكبل المركب يزداد تدريجياً. ومع ذلك ، نظرًا لتحسن التقنيات الحديثة لإنتاج الألياف الضوئية ، تباطأت هذه العملية بشكل كبير ، ويبلغ عمر خدمة FOC حوالي 25 عامًا. خلال هذا الوقت ، قد تتغير عدة أجيال / معايير لأنظمة الإرسال والاستقبال.

مصدر الطاقة عن بعد. في بعض الحالات ، يلزم توفير مصدر طاقة عن بعد لعقدة شبكة المعلومات. الألياف الضوئية غير قادرة على أداء وظائف كبل الطاقة. ومع ذلك ، في هذه الحالات ، يمكن استخدام كبل مختلط ، عندما يكون الكبل مزودًا مع الألياف الضوئية بعنصر موصل نحاسي. يستخدم هذا الكبل على نطاق واسع في كل من روسيا والخارج.

محددات

على الرغم من المزايا العديدة مقارنة بالطرق الأخرى لنقل المعلومات ، فإن أنظمة الألياف الضوئية لها أيضًا عيوب ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التكلفة العالية لمعدات التركيب الدقيق وموثوقية مصادر إشعاع الليزر. من المحتمل أن يتم تسوية العديد من أوجه القصور مع ظهور تقنيات تنافسية جديدة في شبكات الألياف البصرية.

تكلفة معدات الواجهة. يجب تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية والعكس صحيح. لا يزال سعر أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية مرتفعًا جدًا. عند إنشاء خط اتصال بصري ، يلزم أيضًا استخدام معدات تحويل سلبية متخصصة وموثوق بها للغاية وموصلات ضوئية ذات خسائر منخفضة ومورد طويل لفصل الاتصال ومقسمات ضوئية ومخففات.

تركيب وصيانة الخطوط الضوئية. تظل تكلفة تركيب واختبار ودعم خطوط اتصالات الألياف الضوئية مرتفعة أيضًا. في حالة تلف كابل الألياف الضوئية ، فمن الضروري لحام الألياف عند نقطة الانكسار وحماية هذا الجزء من الكبل من تأثيرات البيئة الخارجية. في غضون ذلك ، يقوم المصنعون بتزويد السوق بأدوات أكثر تقدمًا من أي وقت مضى لتركيب العمل بكابلات الألياف الضوئية ، مما يقلل من سعرها.

تتطلب حماية خاصة من الألياف. هل الألياف الضوئية متينة؟ من الناحية النظرية نعم. الزجاج كمادة يقاوم الأحمال الهائلة بقوة شد تزيد عن 1 جيجا باسكال (109 نيوتن / م 2). يبدو أن هذا يعني أن الألياف المفردة التي يبلغ قطرها 125 ميكرون يمكنها تحمل وزن 1 كجم. لسوء الحظ ، لم يتحقق هذا في الممارسة. والسبب هو أن الألياف الضوئية ، مهما كانت مثالية ، بها تشققات دقيقة تبدأ في الانقطاع. لزيادة الموثوقية ، يتم طلاء الألياف الضوئية بورنيش خاص يعتمد على إبوكسي أكريلات أثناء التصنيع ، ويتم تقوية الكبل البصري نفسه ، على سبيل المثال ، بخيوط تعتمد على كيفلر (كيفلر). في حالة الحاجة إلى ظروف كسر أكثر صرامة ، يمكن تقوية الكابل بكابل فولاذي خاص أو قضبان من الألياف الزجاجية. لكن كل هذا يستلزم زيادة في تكلفة الكابل البصري.